三江源区野生动物区系属古北界青藏区“青海藏南亚区”，可分为寒温带动物区系和高原高寒动物区系。动物分布型属“高地型”，以青藏类为主，并有少量中亚型以及广布种分布。
1、动物种类
据调查，区内有兽类8目20科85种，鸟类16目41科237种(含亚种为263种)，两栖爬行类7目13科48种。国家重点保护动物有69种，其中国家一级重点保护动物有藏羚、牦牛、雪豹等16种，国家二级重点保护动物有岩羊、藏原羚等53种。另外，还有省级保护动物艾虎、沙狐、斑头雁、赤麻鸭等32种。
——兽类：三江源区85种兽类，占青海省兽类的82.5%；占全国兽类的16.8%。在85种兽类的地理分布中，古北界有62种，占总兽类种数的73%；东洋界16种，占19%；广布种4种，占5%；另有待确定3种，占3%。国家重点保护兽类有29种，占保护区兽类总数的34%；占青海省国家兽类保护种数的49%；占全国兽类保护总数的27%。其中，国家一级重点保护种类为9种，占保护区保护种类的31%；国家二级重点保护种类为20种，占69%。
——鸟类：三江源区237种鸟类，占青海省鸟类的77%；占全国鸟类的19%。在237种鸟类的地理分布中，古北界有178种，占总鸟类种数的75%；东洋界14种，占6%；广布种45种，占19%。国家重点保护鸟类有39种，占保护区鸟类总数的16%，占全国鸟类保护总数的16 %。其中，国家一级重点保护种类为7种，占保护区保护种类的18%；国家二级重点保护种类为32种，占82%。
——两栖爬行类：两栖爬行类15种，占全国两栖爬行类的2%。其中两栖类7种，占47%；爬行类8种，占53%。有国家二级重点保护种类1种。
——昆虫：已鉴定昆虫11目87科378种。
2、动物组成
动物组成是以山地森林草原、草甸草原、寒漠动物等为主的生态地理动物群，种群比例上兽类、鸟类数量巨大，而两栖类和爬行类物种组成简单，种群数量相对较小。
——山地森林草原动物群
该动物群主要分布于玉树州的囊谦、玉树、杂多和称多的部分地区和果洛州的斑马、达日、久治三县的部分地区的亚高山针叶林内，是三江源保护区内生物多样性最丰富的地区，集中分布区在江西、白扎、东仲、麦秀和多可河林区。兽类的代表动物有白唇鹿、马鹿、马麝、岩羊、猕猴、毛冠鹿、豹、小熊猫、野猪、豺、狼、黄鼬等，在东仲和江西林区有鬣羚的分布，也是弥猴分布的海拔和经度的上限，有一个约300只的弥猴种群。另有灌丛草甸及向高原过渡的类群如黑熊、棕熊、雪豹等动物。鸟类的珍稀、优势种为白马鸡、蓝马鸡、血雉、雉鹑、斑尾臻鸡、绿尾虹雉、高原山鹑、环颈雉、藏雪鸡、岩鸽、红隼、鸳、胡兀鹫、大嘴乌鸦、黑枕啄木鸟、斑啄木鸟等，以林区鸟类为主兼有高山灌丛鸟类。两栖类相对是保护区内分布最丰富的地区，有西藏蟾蜍、大蟾蜍、花背蟾蜍，中国林蛙、西藏山溪鲵等。爬行类有青海沙蜥、秦岭滑蜥、枕纹锦蛇和蝮蛇等。
——山地草原及草甸草原动物群
该动物群主要分布于玉树州的称多、玉树和果洛州的玛沁、甘德，海南州的兴海、同德，黄南州的泽库、河南的大部分地区，集中分布在通天河两岸和年保玉则山一带的山地草原和草甸草原或杜鹃、绣线菊等灌丛。兽类主要有赤狐、藏狐、棕熊、石貂、香鼬、艾虎、藏原羚、藏羚、藏野驴、白唇鹿、岩羊、喜马拉雅旱獭，为典型的高原兽类群落。鸟类以猛禽为代表有大鵟、普通鵟、金雕、高山兀鹫、猎隼、藏雪鸡、石鸡、褐背拟地鸦、角百灵、棕背黑头鸫、白腰雪雀和百灵科、伯劳科鸟类，部分湿地宽谷地带有灰鹤、黑颈鹤、斑头雁、赤麻鸭、棕头鸥、鱼鸥、红脚鹬、反嘴鹬等。两栖类的优势种为中国林蛙、倭蛙、花背蟾蜍。爬行类的优势种为青海沙蜥和蝮蛇、高原蝮。
——高山荒漠及湿地动物群
该动物群主要分布于长江和澜沧江水系的源头地区，保护区的西部地区，是有蹄动物和珍稀动物的主要分布区，也是三江源区最具代表性的动物类群。兽类有野牦牛、藏羚、藏原羚、藏野驴、白唇鹿、岩羊、盘羊、雪豹等优势动物，其次还有猞猁、香鼬、荒漠猫、高原兔、喜马拉雅旱獭等。同时由于这一地区湿地大、湖泊星罗棋布，许多珍稀水鸟也主要分布于此，主要有黑颈鹤、灰鹤、中华秋沙鸭、白尾海雕、玉带海雕、斑头雁、赤麻鸭、棕头鸥。特别是当曲湿地已成为我国高原珍禽黑颈鹤的又一重要夏季繁殖地，也是我国一个重要的、鲜为人知的黑颈鹤种群。雉类有荒漠类型的西藏毛腿沙鸡、雪鸡，主要的猛禽为大鵟、金雕、高山兀鹫、胡兀鹫、猎隼，雀形目主要有角百灵、长嘴百灵、棕背伯劳、棕背雪雀、白腰雪雀、麻雀等。两栖类主要是沼泽、湖泊等湿地内的倭蛙、中国林蛙。爬行类的优势种为青海沙蜥和高原蝮。