La complessità e l'unicità degli ambienti naturali del Parco del Vulture hanno consentito il permanere di una fauna ricca e diversificata, che annovera numerose specie protette.
L'ambiente umido dei laghi di Monticchio si distingue per la presenza di varie specie di anfibi e rettili e di una ricca fauna ittica. Fra gli uccelli, nei canneti del Lago Grande si possono osservare le gallinelle d’acqua (Gallinula chloropus) e i porciglioni (Rallus acquaticus). Vi nidificano il cannareccione (Acrocephalus arundinaceus), la cannaiola (Acrocephalus scirpaceus), il codibugnolo (Aegithalos caudatus), l’usignolo (Luscinia megarhynchos) e il basettino (Panurus biarmicus). Vi svernano i cormorani (Phalacrocorax carbo), i germani (Anas platyrhynchos) e l’alzavola (Anas crecca), mentre folaghe (Fulica atra), svassi (Podiceps cristatus) e tuffetti (Tachybaptus ruficollis), in inverno “migrano” dal Lago Grande al Piccolo, più riparato.
Sulle rocce un tempo nidificavano aquile e falchi lanari, scomparsi nei primi anni del secondo dopoguerra. L’imperatore Federico II di Svevia elesse il Vulture al suo personale diletto, e vi si recava periodicamente stabilendosi per lunghi periodi nei castelli di Lagopesole e Melfi. Qui le lunghe giornate di caccia lo ispirarono per scrivere il suo trattato De arte venandi cum avibus. Nel Vulture compiva molti dei suoi studi naturalistici e catturava l’avifauna da avviare ad un serraglio per l’educazione alla caccia. Oggi sono presenti il Gufo Reale, il Nibbio Bruno, il Falco Pecchiaiolo, il Falco di Palude. In quest’area è inoltre concentrata la maggior parte della popolazione italiana di Nibbio Reale.
Una specie unica che abita nel Vulture è l'Acanthobrahmaea europaea: la Bramea è una farfalla di oltre settanta millimetri di apertura alare, che vola soltanto in pochi giorni dell’anno e in pochissime ore durante il giorno, anche con la neve. Questa farfalla è considerata un fossile vivente, un relitto miocenico.
I laghi di Monticchio ospitano anche un mammifero divenuto ormai rarissimo e protetto a livello internazionale: la lontra. Attualmente frequenti segni della sua presenza si rinvengono lungo la Fiumara di Atella.
