La singular situació d’aquest espai natural determina la presència de poblaments faunístics d’elevat interès. Un dels més visibles són els ocells. Des dels inicis de la Reserva, s’han observat més de 200 espècies diferents. La cigonya blanca, el blauet, l’agró roig, el bernat pescaire, el rascló, la polla d’aigua i varies espècies de martinets, són alguns dels ocells que nidifiquen a la Reserva. Entre els rapinyaires que hi nidifiquen, cal destacar el milà negre i, especialment, l’arpella un dels símbols identitaris de la Reserva. També és un punt d’aturada en pas migratori i d’hivernada per a nombroses espècies d’ànecs, ardèids, corbs marins, i passeriformes, entre altres. El bitó i la boscarla mostatxuda hi fan parada durant l’hibern. En conjunt, fan de la Reserva Natural de Sebes una destinació ornitològica d’obligada visita en diferents èpoques de l’any.

Els peixos són un grup molt amenaçat per la gran quantitat d’espècies exòtiques introduïdes, com les carpes o els silurs. Així i tot, encara es conserven algunes espècies autòctones com la raboseta d’aigua, el barb de l’Ebre, la bagra i l’anguila, totes elles en clar declivi. Pel que fa als mamífers, cal destacar la presència de la llúdriga, que juntament amb guineus, teixons, fagines i genetes formen la comunitat de carnívors. Ungulats com el senglar i el cabirol i micromamífers com ratolins, talps, i musaranyes juntament amb una àmplia varietat de ratpenats completen aquest grup. Entre els amfibis i rèptils destaquen, entre altres, les tortugues de rierol, el llangardaix ocel·lat, les sargantanes cua-roja i cuallarga, la serp d’aigua i serp de ferradura i amfibis com gripaus i granotes. No hi ha presència d’urodels. Totes aquestes espècies, tot i ser les més visibles, no són les úniques rellevants. Un bon nombre d’invertebrats com ara la nàiada auriculada i diverses espècies de papallones i de libèl·lules també són presents a la Reserva Natural de Sebes.