В заповеднике обитает 51 вид млекопитающих, более 150 видов птиц, 2 вида рептилий и 3 вида амфибий. Такое видовое разнообразие животных на относительно малой площади объясняется неоднородностью природных условий, в том числе и вертикальной поясностью. Анализ фауны горных районов Среднего Урала позволил Е. М. Воронцову (1949) выдвинуть в конце 40-х годов гипотезу, суть которой сводится к тому, что животные заселяли Уральскую горную страну не с запада и востока, а наоборот: в ледниковый период Урал, и в частности Басеги, был местом, где сохранились птицы и звери, расселявшиеся по мере отступания ледника на равнины европейской части СССР и Западной Сибири. Правда, в наши дни большинство ученых считает, что центрами расселения наземных позвоночных были Сибирь и равнины европейской части СССР, с которых и шло заселение Урала, не являющегося, кстати, существенной преградой для перемещения этих животных.

Фауна заповедника Басеги типична для таежной зоны. Здесь много видов зверей и птиц, общих с фауной лесов более западных европейских равнин, однако заметную роль играют и сибирские формы. К видам европейской фауны относятся рыжая полевка, лесная мышь, обыкновенная полевка, куница, европейская норка, а также большинство видов птиц; к представителям сибирской фауны — колонок, соболь, красная полевка, красно-серая полевка, сибирский подвид косули; из птиц — овсянка-ремез, синехвостка, соловей-красношейка, темнозобый дрозд.

Многие животные представлены в заповеднике специфическими уральскими подвидами, не встречающимися за пределами этой горной страны. Е. М. Воронцов такими видами считает крота, обыковенную бурозубку, лесную мышь, красную полевку, полевку-экономку, темную полевку (южноуральский подвид), а из птиц — глухаря, ястреба-тетеревятника, длиннохвостую неясыть, юрка, обыкновенную и камышевую овсянок, лесную завирушку, оляпку. К эндемикам он относит также басегского трехпалого дятла, юрка Крестьянникова, лесную завирушку Белоусова, уральскую овсянку-ремеза Власова (названия подвидам даны в честь студентов-биологов, погибших на фронтах Великой Отечественной войны). Эндемичные подвиды свидетельствуют о достаточно длительной истории развития фауны заповедника.

На Урале природные комплексы северного типа по горным хребтам довольно далеко проникают к югу своеобразными длинными языками. В то же время по долинам, межгорным понижениям меридионального направления луговые сообщества растений проникают к северу. Это объясняет также смешение фауны южных и северных животных. Проникнув в район заповедника и освоившись, северные и южные виды могут встречаться в одних и тех же угодьях. Так, в разреженной моховой елово-пихтовой тайге совместно могут обитать южная лесная мышонка и северотаежный лесной лемминг, в долинах рек на границе тайги и приречных лужаек — обыкновенная полевка — выходец из луговых степей и красно-серая полевка — типичный обитатель разреженных таежных лесов северного облика. В общем на территории заповедника преобладают лесные животные. Так, среди мелких млекопитающих лесных зверьков 70-80%, более южных, лесопольных (предпочитающих чередование участков леса и луга) — 16,5-27, меньше всего лугово-степных форм — 1,5-2%.

Среди млекопитающих в заповеднике наиболее многочисленны мелкие насекомоядные (8 видов) и грызуны (19 видов), а также хищные (14 видов).

Обыкновенный крот встречается на лугах и опушках елово-пихтовых лесов, довольно обычен в заповеднике, но численность его здесь невелика.

Землеройки бурозубки — одна из самых многочисленных групп животных в заповеднике. При крошечных размерах зверьков в некоторые годы их суммарный вес в лесных ландшафтах может составлять более 70 % общего веса всех позвоночных животных. В этой группе — 6 видов. Из них самые многочисленные — обыкновенная и средняя бурозубки, обитающие практически во всех природных комплексах заповедника. Малая бурозубка населяет разнообразные лесные участки и луга, особенно по берегам рек и ручьев, и тоже довольно многочисленна. Обычной оказалась в заповеднике и равнозубая бурозубка, довольно редкая в равнинной части Пермской области. Этот типичный сибирский таежный зверек в некоторые годы так же обилен, как и обыкновенная бурозубка. Часто встречается на лесо-луговых участках и даже в горной тундре арктическая бурозубка — выходец из сибирской лесотундры. Басеги — третье местонахождение этого вида в Пермской области. Очень редка в Прикамье крошечная бурозубка. Так, за 20 лет в равнинной части в Пермской области было отловлено менее десятка зверьков, в заповеднике же ежегодно учитывают 10-15 этих землероек. Зверек размерами не больше жука: вес взрослой особи почти никогда не превышает 2,5 г, длина 'черепа — 13 мм. У землероек очень велика интенсивность обмена веществ: за сутки они способны съесть количество пищи, составляющее 150-300 и даже 400-420% веса их тела. Подсчитано, что эти насекомоядные за год только на площади в 1 га смешанного и хвойного леса уничтожают до 300 кг различных насекомых, значительная часть которых — вредители леса. В зимнее время бурозубки переходят на питание семенами хвойных, которые собирают под снегом.

Обыкновенная кутора, или водоплавка, внешне очень похожа на бурозубок, но немного крупнее (до 19-20 г), с черной спинкой и белым брюшком. Кроме того, у куторы гребной тип конечностей и слабо выраженный киль из волос на нижней поверхности длинного хвоста. Этот полуводный зверек поселяется вблизи водоемов. Кроме насекомых кутора может поедать икру и мальков рыб, за которыми охотится в воде.

Рукокрылые слабо изучены как во всем Камском Приуралье, так и в заповеднике. В районе заповедника известно 6 видов гладконосых летучих мышей: усатая и водяная ночницы, рыжая вечерница, ушан, двухцветный кожан, северный кожанок. Все они немногочисленны. Убежищем в дневное время летучим мышам могут служить дуплистые деревья (рыжая вечерница, водяная ночница), пустоты под отслоившейся корой деревьев (ушан, двухцветный кожан), расщелины скал (северный кожанок), чердаки немногочисленных построек (рыжая вечерница и двухцветный кожан).

Почти повсеместно встречается заяц-беляк, особенно на лесо-луговых участках и в редкостойных лесах.

Весьма разнообразны на территории заповедника грызуны. Летяга изредка встречается в высокоствольных хвойных и лиственных лесах заповедника. Бурундук в заповеднике очень редок и обитает в долинах рек на участках с кедром. Белка, один из основных пушных промысловых зверьков Пермской области, обычна во всех лесах, за исключением чисто лиственных. В одни годы белки бывают очень многочисленны, в другие, при неурожае семян хвойных деревьев, зверьки совершают массовые перекочевки, уходя с территории заповедника. В лесах хребта Басеги белки совершают и местные миграции, периодически перемещаясь в разные годы и сезоны на участки леса с достаточным урожаем шишек. Кроме семян хвойных деревьев в летнее время белки кормятся грибами, ягодами, иногда сочными частями травянистых растений и крупными семенами.

В Прикамье обитает лесная, или северная, мышовка. Зверек питается беспозвоночными, сочными вегетативными частями (особенно охотно ест цветоносы одуванчиков) и семенами травянистых растений. В Приуралье мышовка везде редка и обитает главным образом на долинных лугах, в заповеднике же она встречается и в субальпийском поясе, и в горно-лесном, предпочитая участки разреженной травяно-моховой тайги. В холодную и пасмурную погоду мышовка впадает в оцепенение, при этом температура тела зверька снижается до 5-10° и частота сердцебиений сокращается до нескольких раз в минуту. Численность мышовок на хребте Басеги довольно высока.

Мышеобразных грызунов в заповеднике мало. Это полевая и лесная мыши. В долинах рек и на лужайках можно встретить мышь-малютку — самого мелкого грызуна нашей фауны. Зверек предпочитает заросли высокотравья, при этом живет не только в укрытиях под землей, но иногда сплетает из сухих травинок шарообразное гнездо, прочно прикрепляя его к стеблям травянистых растений, иной раз на высоте до 1,5 м. Мыши-малютки весят 6-7 г, очень редко попадаются «гиганты» весом до 9 г. В 40-е годы встречалась серая крыса, практически исчезнувшая с разрушением постоянных жилищ человека.

Наиболее разнообразны среди грызунов хомякообразные (9 видов), некоторые из них очень многочисленны. Находки лесного лемминга в Прикамье единичны, но в заповеднике этот северотаежный зверек довольно обилен в моховых темнохвойных лесах.

Зато более южные полевки — обыкновенная и пашенная — сравнительно редки и обитают главным образом в луговых биотопах. В более влажных местах встречается полевка-экономка. Многочисленны в заповеднике лесные полевки, которые встречаются во всех лесных сообществах. Это рыжая полевка — вид европейских смешанных и широколиственных лесов, а также сибирские таежные виды — красная и красно-серая полевки. Все три вида обычны в лесах и в редколесьях, а в летнее время могут быть встречены и на лугах. Красная и красно-серая полевки заходят выше в горы, чем рыжая, проникая до останцов на вершинах хребта, заселяя каменистые россыпи и горные тундры. Водяная крыса и обычна в околоводных биотопах, но летом может жить и на субальпийских лугах. В заповеднике эта крупная полевка достаточно обычна. В долине Вильвы изредка встречается ондатра.

Из копытных в заповеднике встречаются лось, косуля и северный олень. Лось ежегодно поздней осенью или в начале зимы перекочевывает из предгорных районов Пермской области на восточные склоны Урала. Даже для такого громадного зверя снежный покров хребта оказывается слишком глубоким, поэтому в заповеднике зимуют лишь единичные лоси. Летняя плотность лосей составляет 2-3 особи на 1000 га. Северный олень в некоторые годы зимой заходит на Басеги из Коми АССР и северных районов Пермской области, однако большие стада в последнее десятилетие не появлялись. Косуля летом может перекочевывать в заповедник из восточных районов Урала. Она так же редка, как и северный олень. В 1985 г. впервые отмечен кабан.

Лесная куница — типичный хищник старых темнохвойных лесов заповедника, преимущественно захламленных участков с дуплистыми деревьями. Численность ее в заповеднике значительна.

Ласки и горностай обычны и встречаются повсеместно в различных биотопах. Многочисленны колонок, норка и выдра. Барсук редок и предпочитает открытые сухие участки, опушки леса. Зимой в заповеднике отмечена росомаха, изредка заходят волки. На лугах и в криволесье обитает лисица. Бурый медведь и рысь обычны в лесном поясе.

Птицы — наиболее богатая по видовому разнообразию группа позвоночных заповедника Басеги, однако они до сих пор довольно слабо изучены. Почти ежегодно, начиная с 1978 г., когда сотрудники Пермского университета начали изучение фауны этой территории, список птиц дополняется новыми видами, чаще всего сибирскими.

В заповеднике 150 видов птиц 13 отрядов. Наиболее разнообразны воробьиные птицы, представленные 19 семействами и более чем 70 видами.

В заповеднике достаточно многочисленны все врановые, известные в Прикамье: серая ворона, ворон, галка, сорока, кедровка, сойка, кукша. Лишь грач к середине нашего столетия почти исчез из окрестностей заповедника, что, вероятно, связано с исчезновением поселков. Этим же можно объяснить отсутствие в районе домового воробья, который в 40-е годы был здесь довольно обычен. Лишь полевые воробьи обитают у подножия Южного Басега и на месте бывшего поселка Коростелевка.

На берегах быстро текущих рек и ручьев обитает оляпка. Эта небольшая птичка не боится холодов, откочевывает к югу только после того, как совершенно замерзнут водоемы.

В различных типах леса встречаются глухарь, тетерев, рябчик, дятлы — желна, трехпалый и большой пестрый, обыкновенная кукушка, овсянки — ремез, обыкновенная и камышевая, чечевица, юрок, пеночки — весничка и теньковка, садовая камышевка, садовая славка, луговой чекан, певчий дрозд, рябинник, лесная завирушка, снегирь, свиристель, поползень, пищуха, лесной конек, клест-еловик, большая синица, ястреба — перепелятник и тетеревятник.

На горно-луговых высокотравных полянах с участками леса и кустарников ивняка встречаются канюк, чеглок, пустельга, коростель, дупель, лесной конек, белая и желтая трясогузки, чечевица, садовая камышевка, серая славка, луговой чекан, зяблик, бормотушка, пеночка-весничка, серая ворона.

В горном мохово-лишайниковом криволесье водятся глухарь, тетерев, рябчик, обыкновенная кукушка, юрок, зяблик, овсянки — обыкновенная, дубровник, крошка и ремез, чиж, пухляк, пищуха, весничка, зеленая пеночка и теньковка, лесная завирушка, горихвостка, серая и садовая славки, зарянка, щур, дрозды — белобровик и рябинник.

В горной тундре и на каменистых россыпях фауна птиц очень бедна. Здесь можно встретить сокола-сапсана, обыкновенную каменку, лугового чекана, лугового конька, горную трясогузку. В период созревания черники сюда прикочевывают глухари, тетерева, рябчики.

По рекам и пойменным болотам встречаются кряква, чирки — трескунок и свистунок, а также кулики — черныш и перевозчик, большой крохаль, садовая камышевка.

На осоково-сфагновых и осоковых верховых болотах обитают серая славка, белая трясогузка, камышевка, овсянки — ремез и камышевая, некоторые кулики.

Из видов, занесенных в Красную книгу СССР, в заповеднике гнездятся орлан-белохвост и сокол-сапсан, на пролете встречаются скопа и беркут. Е. М. Воронцов (1949) указывал для хребта Басеги черного аиста.

На территории заповедника отмечено лишь два вида рептилий: живородящая ящерица и обыкновенная гадюка. Последняя встречается в заповеднике только у подножий гор, в наиболее сухих и хорошо прогреваемых участках. Значительно шире расселена живородящая ящерица. Она встречается по опушкам лесов в горно-таежном поясе, на лугах, довольно многочисленна в полосе редколесий и криволесий, проникает на каменистые россыпи и в тундру.

В заповеднике обитает 3 вида амфибий — серая жаба, травяная и остромордая лягушки. Серые жабы встречены у подножия хребта, т. е. по окраинам заповедника. При этом их численность больше на прилегающих к заповеднику обширных вырубках. Травяная и остромордая лягушки — обитатели горно-лесного пояса и субальпийских лугов. Лишь отдельные животные изредка проникают на соседние с лугами участки редколесий. Вообще же для жизни относительно теплолюбивых амфибий холодные, слабо прогреваемые летом водоемы заповедника, а также близкий уровень холодных грунтовых вод не слишком благоприятны.

Наиболее заселены животными приречные долины и участки лесов, примыкающие к горным лугам и старым вырубкам. Очень бедно население птиц и зверей недавних лесосек у северных и южных границ заповедника. Поэтому таежный массив заповедника представляет собой естественный «остров», в который переселяются многие звери и птицы с прилегающих, почти сплошь вырубленных территорий.