在我国动物地理区划中，保护区属于古北界，青藏区，羌塘高原亚区。野生动物分布比较稀散，种类贫乏，形成青藏高原特有动物种群。据初步统计，保护区内属于国家一级重点保护野生动物的有：野牦牛、藏羚、北山羊、西藏野驴、雪豹、黑颈鹤等，属于国家二级重点保护野生动物的有：藏原羚、盘羊、1岩羊、鹅喉羚、猞猁、兔徘、棕熊、荒漠猫、西藏雪鸡、红隼及几种猛禽。其他常见动物还有：高原兔、高原鼠兔、藏狐、赤狐、狼、旱獭、西藏毛腿沙鸡、岩鹤、几种雪雀、藏雀、长咀百灵、褐背地鸦、渡鸦、斑头雁、百灵、灰沙燕、拟大朱雀、红嘴山鸦、棕头鸥、赤麻鸭、秋沙鸭等。爬行类动物西藏沙蜥分布也较广泛。保护区南部的河湖水域中有数量较多、高度适应当地髙寒环境的鱼类，主要是鲤科的裂腹鱼属、裸鲤属和高原鱼属等。
就数量而言，羌塘保护区“居民”中的三大家族要算藏羚羊、西藏野驴和野牦牛了。其中藏羚羊约三万至四万只，西藏野驴约三万头左右，野牦牛六千头左右。
河畔湖滨，地势平坦开阔，水草丰盛，是藏羚羊活动频繁的地方。藏羚羊在藏语中称为“最”，公羊有六十至七十厘米长的犄角，呈黑色，细长如鞭，弯度很小，从头顶几乎垂直向上，仅角尖略向前倾，角的下半部前缘有横棱数十个，精巧美观。双角长得十分匀称，从侧面看双角简直就像独角一般，难怪有的人认为古书中所说的“一角兽”或“独角兽”可能就是它。藏羚羊体态优美，很逗人喜爱，走起路来总是低着脑袋，好像在寻找什么东西。据当地牧民介绍，藏羚羊生活很有规律，平时公羊常单独活动，只有在每年配种季节，才与母羊到北部鸿雁降落的地方相爱。秋天，鸿雁南归时，母羚羊也带着自己的孩子南返，而先南返的公羚羊这时会到河畔湖滨来迎接妻子。藏羚羊善奔跑，健康羚羊疾奔时速可达八十公里，使狼群望尘莫及。
藏野驴藏语称“将”，性喜聚集，少者四、五只，多者成百上千只一起活动。它们很讲纪律性，每群野驴都有一个领队，领队往那里跑，其余的一个接一个跟在后面，决不杂乱无序。野驴的细腿很灵巧，善奔跑，一般时速可达四十五公里，最高时速可超过六十公里。每当野驴奔跑时，蹄声如雷，沙飞尘扬，%遮天蔽日，场面十分壮观。有人驴马不分，误将野驴认作野马，旦至目前西藏还没发现有野马的记载。野马和野驴的区别主要：野驴的耳朵较野马长，野驴背上一条黑纹明显，野马不明显，野驴尾上半段细而缺毛，下半段毛较长，野马则尾蓬松而多毛。
野牦牛体型外貌与家牦牛一样，但体态魁梧，体格比家牦牛大两三倍，体重可达千斤以上，体色为黑褐色或淡黑色，不像家牦牛的体色杂，喜欢居于高寒雪山附近。野牦牛力大无比，性情也颇为蛮杆。它惟一的武器是两只粗大的犄角，一旦发现敌情，便把牛犊围在当中，群中老牛将头朝外低下，准备用犄角搏斗。它们一旦受了伤，不但不逃，反而直朝对方猛撞过来，大有与敌人决一死战的气概。所以一般野兽对野牦牛不敢贸然问津。野牦牛在七八月份交配，交配时，公牛之间要展开一场角斗，胜利者获得与母牦牛交尾的特权。公野牦牛有时也到家牦牛群中，把母牦牛诱至野牦牛群中交配。
猞猁藏语称“依”。它体形似猫，但身体粗大，体重达五六十斤，体长一至一点三米，尾短，仅有二十多厘米，末端三分之一呈黑色。四肢粗长而矫健。
耳尖具黑色耸立簇毛。全身大部被毛为粉棕色或灰棕色，其中背毛呈粉红棕色，背中部毛较深，腹毛浅淡，呈淡黄白色，毛基灰棕，体背散布棕褐斑点，尤以腰、臀边缘多而清晰。猞猁广泛分布于羌塘高原，为了适应这里冬季寒冷的气候，它的毛绒长密，毛皮软而厚，御寒性强，又耐用，是毛皮中之珍品，用做大衣，皮领、皮帽等，深受国内外欢迎。猞猁虽然分布广泛，但因数量稀少，是我国二类保护动物。
猞猁在复杂的生态食物链中，练就了一套既要捕猎食物，又能防止敌害的生理结构和生存办法。它多单独行动，很少结群。猞猁生性狡猾而多疑，视、听器官十分发达，会游泳，善爬树，行动敏捷，一有风吹草动，便竖起两只耳朵，察看周围的一切，在捕食时它可以由几米高的岩石上或树上猛扑下面的猎3物，并且十拿九稳，遇到敌害时能登树隐蔽或者迅速奔跑。由于它有这样一套高超的本领，所以称为高原上最漂亮的捕猎能手。
雪豹也称草豹，藏语称“色”，是青藏高原的特有动物，由于它多活动于雪山地区而得名。其皮毛长，绒厚，花纹别致，很受西藏群众喜爱，由于近年来遭到大量捕杀，数量稀少，已划为我国一类保护动物。雪豹，体形似金钱豹，重约二至三百斤，体长一米至一米五，尾长达一米，头小而圆，近似于猫。全身呈乳白色带灰，满布黑斑，耳部灰白色，边缘黑色。雪豹大多数时间活动于高山地带。当海拔较高处大雪封山后，它也跑到海拔较低的地方觅食。雪豹喜欢居于空旷、岩石多的地方，固定的巢多筑于岩洞中，有时也把灌丛和碎石地区作为临时休息场所。它们昼伏夜出，晚上两眼跟两盏明灯似的，灵光四射。
雪豹行动有一定的路线，喜欢走山谷或河谷，下雪后它往往沿着踩平的小路行走。遇上十多米宽的山涧、河流或几米高的障碍物时，它将腰一缩即一跃而过，因此人们传说它有飞檐走壁的本领。在空阔地和林区，它们行动很机敏，奔跑迅速，所以称它为超级运动员一点也不过分。雪豹以伏击藏羚羊、鹿、旱獭、野兔及小牦牛等动物为食。
兔胁是羌塘高原较典型的动物，其毛皮华丽、美观。兔狲体形大小似家猫，重约五至七斤，尾粗，尖端圆钝，长约二十多厘米。体型粗壮而短，四肢矫健。头部灰色，带有一些黑斑、下颌白色。背面沙黄色，绒毛厚密，背中央呈灰色。四肢颜色较背部淡。在“无人区”，它多栖息在荒漠、草原，其他地区也可见于林中、丘陵地区和海拔三千米以上的山地。常单独生活，住在岩石裂缝里或石块下面，有时也利用旱獭的洞穴住宿。一般在夜间、晨昏活动。在食物稀少“无人区”，白天也出来觅食，有时也移居到村落附近生活。它的视觉和听觉非常发达，遇危险时则远窜或隐蔽到岩石旁边，它的叫声和家猫相似，但较粗野。它是草原鼠害的主要天敌，同时也捕食早獭。
西藏大部分地区都有盘羊分布，它被视为亚洲中部高山动物的代表。其形态奇特，雄羊的大角呈螺旋状扭曲、盘旋，故得此美名。盘羊的皮肉均可利用，特别是肉味极为鲜美。盘羊可与家羊交配，是培养优良品种极好的种源。盘羊虽然分布广泛，但生活条件恶劣，加之近年来遭到大量猎捕，数量稀少。盘羊在我国有七八个亚种，现都已定为二类保护动物，特别是在濒危种国际贸易公约中，西藏亚种被列入第一类保护名单，其他各亚种被列入第二类。
盘羊身体粗壮。在动物分类中属于牛科动物。体形中等，重约一百斤以上，体长一点三至一点六米。由于肩比臀高，所以站立时常向后倾斜。雄兽角长可达八十至九十厘米，常弯成一个完整的螺旋圆圈。雌兽角小，且不曲旋，体背面及侧面浅灰棕色，下腹部均为白色，胸腹部黄棕色。“无人区”是盘羊较理想的生活区，夏季上高山，最高可达六千米以上。通常生活于海拔四千米以上的地区，冬季下到草原或山谷积雪较浅的地区。盘羊的视、听、嗔觉都相当灵敏，善爬岩越岭，具有高超的跳跃本领，很少失足坠崖，因它宽圆的蹄底部较凹，脚踵富有弹性，在乱石岩堆跑跳时，能如同钳子一般夹住物体。
奔跑是盘羊避敌的主要本领。
别看雄兽有对螺旋大角，威风凛凛，其实御敌能力极差，特别是年老的盘羊，沉重的大角又成了它们逃命避敌时的主要累赘。盘羊喜欢在一定范围内结群生活，有时群内有几只雄兽，以一只雄兽为首，早晚出来觅食，选用草类和灌丛嫩枝叶为食。它们的警惕心特强，一有动静，头也不回地直往山巅逃窜，到山脊后才回头看个究竟。如已脱离危险，它们又安然无恙地休息、觅食，确定还有危险，“头羊”一声令下就向更远的地方奔逃。盘羊为了甩掉各种潜在的敌害，在许多动物难至的危险、高峻的绝壁休息。为了取食，还必须下到海拔较低的平缓地区。为了生存，它们必须有一套过硬的本领。