Rozległość obszaru, jego pierwotność i odmienność sprawiają, że w Dolinie Biebrzy zachowała się specyficzna fauna związana z naturalnymi ekosystemami bagiennymi i wodnymi.

Występuje tu 48 gatunków ssaków (m.in. wilk, wydra, łoś, bóbr, nornik północny). Znajduje się tu największa w kraju ostoja łosia (około 1400 sztuk). Reintrodukowany po II wojnie światowej bóbr stał się obecnie zwierzęciem pospolitym na tym terenie.