На территории парка отмечены около 300 видов позвоночных животных: около 60 видов млекопитающих, около 210 - птиц, не менее 10 – земноводных и пресмыкающихся, 16 -рыб. Наряду с таежными видами здесь встречаются представители степной фауны: обыкновенный хомяк (Cricetus cricetus), золотистая щурка (Merops apiaster), сизоворонка (Coracias garrulus), удод (Upupa epops), зимородок (Alcedo atthis). Млекопитающие крупных и средних размеров представлены ежом (Erinaceus sp.), зайцами беляком (Lepus timidus) и русаком (L. europaeus), белкой (Sciurus vulgaris), ондатрой (Ondatra zibethica), обыкновенным хомяком, лисицей (Vulpes vulpes), енотовидной собакой (Nyctereutes procyonoides), барсуком (Meles meles), лесной куницей (Martes martes), горностаем (Mustela erminea), лаской (M. nivalis), выдрой (Lutra lutra), рысью (Felis lynx), бурым медведем (Ursus arctos), кабаном (Sus scrofa), косулей (Capreolus capreolus), благородным (Cervus elaphus) и пятнистым (С. nippon) оленями.
В бассейне Плещеева озера гнездятся около 180 видов птиц и около 30 видов зарегистрированы только на пролете. Обычны серая цапля (Ardea cinerea), разные виды уток и куликов, коростель (Сrех сrех), тетерев (Lyrurus tetrix), рябчик (Tetrastes bonasia), тетеревятник (Accipiter gentilis), перепелятник (A. nisus), болотный лунь (Circus aeruginosus), обыкновенный канюк (Buteo buteo), обыкновенная пустельга (Falco tinmmculus), серая неясыть (Strix aluco) и др.
Земноводные представлены обыкновенным (Triturus vulgaris) и гребенчатым (Т. cristatus) тритонами, озерной лягушкой (Rana ridibunda), зеленой (Bufo viridis) и серой (В. bufo) жабами, пресмыкающиеся – прыткой (Lacerta agilis) и живородящей (L. vivipara) ящерицами, веретеницей (Anguis fragilis), обыкновенным ужом (Natrix natrix), обыкновенной гадюкой (Vipera berus).
Из рыб обычны налим (Lota lota), щука (Esox lucius), окунь (Perca fluviatilis), лещ (Abramis brama), обыкновенная плотва (Rutilus rutilus), язь (R. idus), густера (Blicca bjoerkna), обыкновенный пескарь (Gobio gobio), караси золотой (Carassius carassius) и серебряный (С. auratus). Среди редких рыб – знаменитая “переславская сельдь”, являющаяся одной из форм европейской ряпушки (Coregonus albula).
На территории парка отмечено более 20 видов животных, охраняемых в Ярославской области. Среди них есть виды, занесенные в Красную книгу Российской Федерации: русская выхухоль (Desmana moschata), черный аист (Ciconia nigra), скопа (Pandion haliaetus), орлан-белохвост (Haliaeetus albicilla), сапсан (Falco peregrinus), бабочки аполлон (Parnassius apollo) и мнемозина (Р. mnemosyne).
© Справочник "Национальные парки России". Москва: Изд-во Центра охраны дикой природы, 1996 г.