Территория заповедника входит в северокарельский зоогеографический район (Ивантер, 1974), фауна которого имеет типично северный облик. Здесь встречается 182 вида птиц и 26 видов млекопитающих (Данилов и др., 1977). Десять видов млекопитающих — хищники: лесная куница, горностай, ласка, американская норка, выдра, волк, лисица, бурый медведь, рысь, росомаха. Из них весьма многочисленна американская норка, вытеснившая аборигенный вид — европейскую норку. Довольно многочисленна в заповеднике и росомаха, численность которой во многих районах Карелии в последнее время снижается. Бурый медведь здесь обычен, однако плотность его населения не превышает 0,3—0,4 экз. на 1000 га.
Грызунов в фауне заповедника 7 видов — белка, летяга, ондатра, полевки (водяная, рыжая, темная) и канадский бобр, который расселился по этой территории из Финляндии. Для белки в этом районе характерны циклические колебания численности с периодом в 10-11 лет. Встречается здесь и заяц-беляк, причем чаще он обитает на вырубках и по берегам водоемов, его численность изменяется в 4-7 раз через каждые 9-10 лет.
Из отряда насекомоядных в заповеднике выявлены 4 вида бурозубок (обыкновенная, средняя, малая и равнозубая) и кутора. Наиболее многочисленна из них обыкновенная бурозубка. Из мелких животных еще следует отметить северного кожанка (отряд рукокрылых), который здесь хотя и обычен, но немногочислен.
Самые крупные животные заповедника — копытные: лось и дикий северный олень.
Лось на большей части заповеедной территории малочислен, его биотопическая приуроченность выражена очень четко: все встречи следов и самих животных приходятся на побережья водоемов и старые возобновляющиеся гари.
При проведении авиаучета в 1973 г. здесь отмечено два стада северных оленей — 15 животных у оз. Каменного и 20 — в окрестностях старой Костомукши. Однако эти данные получены лишь на одном маршруте, пересекающем территорию с севера на юг. В 1974 г. было проведено специальное аэровизуальное обследование территории площадью 150 тыс га, предполагавшейся для заповедания, а также соседней с нею и было учтено 297 оленей.
Дикий северный олень на этой территории представлен наиболее интересным и вместе с тем наименее сохранившимся подвидом европейской лесной расы. В соседней Финляндии в результате иммиграции устойчивая популяционная группировка этих животных насчитывает около 600 животных.
В списке птиц заповедника 182 вида, еще 6 видов могут быть встречены на его территории, поскольку она расположена внутри областей их распространения. Среди отмеченных птиц 117 зарегистрированы как гнездящиеся, 25 — как вероятно гнездящиеся, 15 видов встречаются только на пролете и 25 — как залетные.
При относительно слабом уровне хозяйственного освоения занятой заповедником территории его орнитофауна сохраняет присущий этому региону северотаежный облик, хотя уже в настоящее время начинает проявляться антропогенное воздействие на среду обитания животных. Оно выражается в прогрессирующем проникновении в таежные местообитания многих видов южного происхождения, освоивших преобразованные хозяйственной деятельностью человека ландшафты в окрестностях заповедника.
Орнитофауна неоднородна по составу — кроме аборигенов таежных лесов здесь обитают представители тундры, южной тайги, зоны широколиственных лесов. Многие виды птиц встречаются здесь у северных границ своего распространения (серый гусь, чирок-трескунок, черный коршун, перепел, чибис, вальдшнеп, озерная чайка, вяхирь, многие воробьиные).
Основу орнитофауны составляют лесные дендрофильные виды — 52% общего числа видов. Довольно много водных и околоводных (22%) и болотных птиц (10%). Сравнительно однородна и бедна фауна птиц лугов (9%) и населенных пунктов (7%).
В заповеднике гнездятся три редких вида птиц, занесенные в Красную книгу СССР (1984). Орлан-белохвост продолжает гнездиться на оз. Каменном. Скопа довольно обычна на большинстве крупных озер. Беркут также отмечен и на гнездовье и зимой. Ставший всюду на Северо-Западе СССР редким сапсан в 70-е годы ни разу не встречен, хотя в начале столетия его здесь еще отмечали.
Малая посещаемость большинства озер и болот людьми способствовала сохранению здесь на гнездовье гусей-гуменников и лебедей-кликунов. Одиночные кликуны остаются здесь на зиму вместе с кряквами на порожистых участках и в устьях рек Гуменники выводят птенцов и линяют на многих озерно-болотных участках, удаленных от дорог и населенных пунктов.
Численность боровых птиц — рябчиков, глухарей, белых куропаток на большей части территории заповедника довольно высока для условий Карелии.
Разнообразные водоемы, часто изобилующие островами и мелководьями, благоприятны для гнездования водоплавающих птиц. Довольно многочисленны здесь чернозобая гагара, кряква, чирок-свистунок, свиязь, обыкновенный гоголь, большой и средний крохали, сизая и озерная чайки.
На болотах, зачастую очень крупных, кроме серых журавлей и белых куропаток гнездятся повсеместно большие и средние кроншнепы, бекасы, фифи, большие улиты, на травяных болотах — турухтаны.
Фауна лесных воробьиных птиц довольно однообразна, особенно в преобладающих здесь сосновых борах. Более разнообразен видовой состав воробьиных в приручьевых ассоциациях и вторичных типах леса, сформировавшихся после рубок. К типично таежным элементам (кукша, сероголовая гаичка, трехпалый дятел и др.) здесь добавляются обитатели южной. тайги и зоны европейских широколиственных лесов (сорокопут-жулан, садовая славка и завирушка, ополовник и др.).
На территории заповедника обитают два вида земноводных: травяная лягушка и серая жаба. Из пресмыкающихся — живородящая ящерица и обыкновенная гадюка.
В водоемах бассейна р. Каменной обитают 16 видов рыб, в том числе в оз. Каменном — 12: озерный лосось, европейская ряпушка, сиг, щука, плотва, язь, гольян, налим, колюшка девятииглая, окунь, ерш, подкаменщик. Наиболее массовые рыбы — ряпушка, окунь, сиг, щука; реже встречаются плотва, язь, налим; остальные единичны. При отсутствии всякого промысла в популяциях преобладают крупные старовозрастные особи. Предельный возраст окуня оз. Каменного — 24 года, плотвы — 17 лет, щуки и сига — 15 лет (Первозванский и др., 1977). В р. Каменной из перечисленных видов нет ряпушки, девятииглой колюшки, ерша, подкаменщика, но зато отмечены европейский хариус, елец и уклея. Популяция озерных лососей в оз. Каменном — одна из пяти ныне существующих в Карелии, поэтому эти рыбы требуют особо бережного отношения (Смирнов, 1979).
В районе заповедника в фауне кровососущих членистоногих выявлено 22 вида гамазовых клещей, 6 видов мокрецов, 8 видов комаров, 9 видов мошек и 9 видов слепней (Маршалова и др., 1977). Изучена также паразитофауна рыб в водоемах системы р. Каменной.
© Белоусова Н.А., Данилов П.И., Зимин В.Б., Коршунов Г.Т., Кузнецов О.Л. Костомукшский заповедник. // Заповедники СССР. Заповедники европейской части РСФСР. I. - М., Мысль, 1988. с. 90-100