Z územia CHKO Ponitrie je v súčasnosti známych viac než 7500 živočíšnych druhov a sústavným výskumom pribúdajú ďalšie. Pochopiteľne, podstatnú časť tvoria bezstavovce, ktoré tvoria najpočetnejšiu skupinu živočíchov a stupeň ich poznania v danom území závisí aj od špecialistov, ktorí tu pracovali. Druhová rozmanitosť živočíchov CHKO Ponitrie je ovplyvnené geografickou polohou územia, nadmorskými výškami a pestrosťou biotopov.

Z bezstavovcov bol v oblasti Vtáčnika popísaný pre vedu nový druh mäkkýša Cochlodina fimbriata remota, vyskytuje sa tu celkom bežne aj slizniak karpatský (Bielzia coerulans), nápadný nádherným azúrovomodrým sfarbením.

Chrobáky sú na území CHKO Ponitrie zastúpené viacerými atraktívnymi druhmi, ako sú roháč veľký (Lucanus cervus), fuzáč obrovský (Cerambyx cerdo), fuzáč alpský (Rosalia alpina), plocháč červený (Cucujus cinnaberinus), bystruška medená (Carabus cancellatus) a iné. Početná je i fauna motýľov. Žijú tu obidva druhy vidlochvostov (Papilio machaon, Iphiclides podalirius), pestroň vlkovcový (Zerynthia polyxena) a z minulosti je z južných a juhozápadných okrajov Tribeča známy aj najväčší európsky motýľ okáň hruškový (Saturnia pyri) . Koncom mája a v júni na rúbaniskách hojne poletuje jasoň chochlačkový (Parnassius mnemosyne).

Fauna motýľov a chrobákov je druhovo veľmi pestrá a bohatá, nezaostávajú však ani vážky, dvojkrídlovce, blanokrídlovce, a iné systematické skupiny hmyzu. Z rovnokrídlovcov je pozoruhodný výskyt ságy stepnej (Saga pedo) v oblasti Zoborských vrchov a bežne sa vyskytuje aj modlivka zelená (Mantis religiosa). Z veľkého množstva pavúkov môžeme spomenúť atraktívne zafarbeného stepníka červeného (Eresus cinnaberinus), a križiaka pásavého (Argiope bruennichi), z kôrovcov sa v potokoch vyskytuje rak riečny (Astacus astacus).

Z rýb sa v potokoch stekajúcich z Tribeča a Vtáčnika vyskytuje pstruh potočný (Salmo trutta), hlaváč bieloplutvý (Cottus gobio), čerebľa pestrá (Phoxinus phoxinus) a hrúz škvrnitý (Gobio gobio). Obojživelníky sú zastúpené viacerými druhmi, v lesoch je typický skokan hnedý (Rana temporaria), v lesných mlákach sa rozmnožuje kunka žltobruchá (Bombina variegata). Na okrajoch lesov môžeme počuť hlas rosničky zelenej (Hyla arborea). Vodné nádrže Veľké Uherce a Ondrašová sú významnými liahniskami ropuchy bradavičnatej (Bufo bufo).

Z plazov sa vyskytujú okrem korytnačky močiarnej (Emys orbicu­laris ) a krátkonôžky štíhlej (Ablepharus kitaibelii) všetky druhy. Vretenica severná (Vipera berus) bola zistená len vzácne vo Vtáč­niku, v obidvoch pohoriach sa však vyskytuje pomerne hojne užov­ka stromová (Elaphe longissima). Z jašteríc sa hojne vyskytuje jaš­terica múrová (Podarcis muralis), zriedkavejšia je jašterica zelená (Lacerta viridis) a na vrchole Vtáčnika žije aj jašterica živorodá (Zootoca vivipara).

Fauna vtákov je pomerne bohatá a dobre preskúmaná. Vzhľadom na charakter prostredia tu hniezdia typické lesné druhy, a to ako nížinné, tak i horských lesov ako je ďubník trojprstý (Picoides tri­dactylus), drozd kolohrivý (Turdus torquatus) a orešnica perlavá (Nucifraga caryocatactes) vo vrcholových častiach Vtáčnika. Z dravcov hniezdi v Tribeči orol kráľovský (Aquila heliaca), pre kto­rého tu bolo vyhlásené aj chránené vtáčie územie. V posledných rokoch tu hniezdi aj orol krikľavý (Aquila pomarina), ktorý je však rozšírenejší vo Vtáčniku. Na skalné lokality sa vrátil ako hniezdič sokol sťahovavý (Falco peregrinus) a predpokladá sa aj hniezdenie orla skalného (Aquila chrysaetos).

Ako ďalšie atraktívne hniezdiče možno spomenúť bociana čierneho (Ciconia nigra) a muchárika malého (Ficedula parva). Chránené vtáčie územie Tribeč je okrem orla kráľovského vyhlásené aj pre ďalšie európsky významné druhy – výra skalného (Bubo bubo), včelára lesného (Pernis apivorus), lelka obyčajného (Caprimulgus europaeus), hrdličku poľnú (Streptopelia turtur), prepelicu poľnú (Coturnix coturnix), ďatľa prostredného (Dendrocopos medius), krutohlava hnedého (Jynx torquilla), muchárika bielokrkého (Fice­dula albicollis), muchára sivého (Muscicapa striata), penicu jarabú (Sylvia nisoria) a žltochvosta hôrneho (Phoenicurus phoenicurus).

Aj fauna cicavcov je dobre preskúmaná, okrem niektorých vý­znamných malých druhov, ako je napríklad piskor vrchovský (Sorex alpinus), plch lieskový (Muscardinus avellanarius), plch sivý (Glis glis) a iné. Vyskytujú sa aj veľké šelmy, ako je vlk dra­vý (Canis lupus), rys ostrovid (Lynx lynx) a medveď hnedý (Ur­sus arctos). Na vodných tokoch nechýba ani vydra riečna (Lutra lutra), zastúpených je aj viac druhov netopierov (Chiroptera).