La diversidad de ecosistemas naturales presentes en el Departamento hace que exista una gran riqueza de especies animales. Sin embargo no se dispone de estudios de investigación y de inventarios de flora y fauna que permitan cuantificar y clasificar las especies que posee.
Dentro de las especies más importantes se encuentran:
En la Orinoquía se han registrado más de 1000 especies, correspondiendo a la Colombiana, 258 . Solo existen cifras de los estudios realizados en el área de influencia del complejo petrolero de Caño Limón, donde se han registrado más de 140 especies.
La actividad pesquera se realiza principalmente sobre los ríos Arauca, Cravo Norte y Casanare principalmente, y algunos de menor tamaño como el Tame, Ele, Cuiloto, Juriepe, Samuco y Cinaruco entre otros. Las especies más importantes por su valor económico son: La cachama (Colossoma macropomun), la palometa (Carnegiella mathae) los bocachicos o coporos del género Prochilodus, los bagres de los géneros Pseudoplatystoma, Brachiplatistoma y Pimelodus sp, entre otros.
Existen otras especies como: temblador (Electrophorus electricus), las pirañas especies del género Serrasalmus sp, las rayas del género Potamotrygon sp y el curito del género Haplosternum.
Las especies ornamentales para 1.998 correspondieron a una población de 1´995.712, registrando una disminución del 77.69% con respecto al año 1.997. En 1.999 se tiene una captura anual estimada de 2´850.079 unidades .
Corresponde a las especies de ranas, sapos y las salamandras. Sin embargo en el Departamento han sido poco estudiados, se registran 19 especies pertenecientes a 8 géneros diferentes. Entre los que más se destacan están los sapos de los géneros Bufos, ranas de los géneros Hyla y las del género Scinax sp.
Sobresalen las culebras con más de 50 especies; las tortugas, con 10 especies pertenecientes a cuatro géneros; las lagartijas y miembros de la familia Iguanidae con 14 especies; las babillas, caimanes y otros saurios. En total se encuentran 116 especies de reptiles distribuidas en 68 géneros de 17 familias .
Especies de la tortuga Podocnemis expansa, de la Iguana iguana y de las babillas Cayman crocodylus, por su valor económico en los mercados internacionales amenazando su extinción.
Se registran 85 especies de mamíferos pertenecientes a 40 géneros de 28 familias. Entre los más comunes se encuentran armadillos, perezosos, ardillas, puercos de monte, venados, danta, oso palmero, lapas o tinajo, zorro, ratón fara, chácharo y el manatí entre otros. Especies como el chigüiro, danta y manatí se encuentran en peligro de extinción .
Se encuentran bien representadas en el Departamento; hay registros de 72 familias, 242 géneros y 350 especies. La familia con mayor diversidad es Tyrannidae con 33 géneros registrados, y entre los géneros con mayor número están los Falcos conocidos comúnmente como halcones; el género Buteo que incluye los gavilanes; las mirlas del género Turdus y las guacamayas del género Ara. Especies como el Arauco (Anhima cornuta) de la familia de la Anhimidae se encuentran en peligro de extinción .