Il Parco rappresenta un importante bacino di biodiversità: ospita infatti specie rare e minacciate inserite il liste di tutela internazionali quali la Direttiva Uccelli 2009/147/CE con 16 specie e la Direttiva Habitat 92/43/CEE, che ricomprende 2 specie di anfibi, 5 specie di insetti, 4 specie di mammiferi e 4 specie di rettili.

Al giorno d’oggi la distribuzione della fauna presente nel territorio del Parco del Monte Terzo è in netto e costante miglioramento ed è rappresentata principalmente da alcuni mammiferi di grossa mole e da molti uccelli che nidificano nel periodo primaverile ed estivo o che transitano durante le migrazioni.

I mammiferi
Tra i grandi mammiferi gli Ungulati sono in questo momento in piena espansione: il Capriolo attualmente è assai diffuso soprattutto nelle aree marginali del parco, con massimi valori di densità nelle zone di recente colonizzazione del bosco; il Cervo, frequenta aree piuttosto vaste e aperte al limite superiore dei boschi; il Camoscio viene osservato con una diffusione pressoché totale nelle aree più impervie ed impraticabili del parco.
Sono inoltre presenti numerosi esemplari di Marmotta, facilmente avvistabili da aprile ad ottobre nelle praterie alpine e tra i massi affioranti degli alti pascoli, e lo scoiattolo, che vaga ei boschi misti di latifoglie alla ricerca di cibo. Molte altre specie di mammiferi, pur essendo abbastanza comuni, per le loro piccole dimensioni e per le abitudini quasi esclusivamente notturne, passano facilmente inosservate; fra queste sono da ricordare la Donnola, la Faina, la Martora, il Tasso, la Volpe, la Lepre comune e numerosi micromammiferi (Riccio, Talpa, varie specie di Toporagni, Crocidure, Gliridi, Arvicole, Topi, Topolini). Diverse specie di Pipistrelli dimorano o trovano sicuro rifugio nei ruderi delle casere o nei boschi.
Nei territori del Parco si stanno a poco a poco reinsediando anche i grandi mammiferi predatori scomparsi in passato, come la Lince e l’Orso

Gli uccelli
Gli uccelli sono certamente i vertebrati che più facilmente si possono incontrare durante un’escursione nel Parco, sia per il gran numero di soggetti che per il canto caratteristico delle varie specie. Tra i galliformi di montagna in primavera è possibile udire l’inconfondibile canto del Fagiano di monte, del Francolino di monte, del Gallo cedrone e della Coturnice.
Tra i rapaci diurni l’incontro più emozionante è senz’altro quello con l’Aquila reale. Nel periodo estivo è avvistabile il Biancone, un grande rapace appartenente alla famiglia delle aquile specializzato nella predazione di rettili, il Falco pellegrino ed il Gheppio mentre, immobile nell’aria con le ali inarcate battute velocemente e la coda aperta a ventaglio, scruta il terreno alla ricerca d’insetti e piccoli roditori. Nel periodo primaverile ed estivo è possibile osservare il Nibbio bruno, lo Sparviere e la Poiana, mentre risulta meno frequente e localizzato l’Astore. Negli ultimi giorni di agosto e nei primi di settembre numerosi Falchi pecchiaioli sorvolano l’area durante la migrazione dai quartieri di nidificazione a quelli di svernamento.
Tra i rapaci notturni è stata riscontrata la rara presenza di Gufo reale, Civetta capogrosso, Civetta nana e Assiolo; più comuni e diffusi il Gufo comune, l’Allocco e la Civetta comune. Segnalato un tempo, ma molto raro, il Re di quaglie, un rallide migratore tra le specie più tutelate a livello europeo. Tra i picidi degne di nota nei boschi misti più maturi di faggio e abete bianco il Picchio nero; più frequente e diffuso è invece il più piccolo e colorato Picchio rosso maggiore, osservabile anche alle quote meno elevate, insieme al Picchio verde e al Torcicollo.
Tra i corvidi facilmente osservabili nelle zone più aperte vi sono il Gracchio alpino, il Corvo imperiale, la Cornacchia grigia e, all’interno dei boschi, la chiassosa Ghiandaia e la meno diffusa Nocciolaia. Le praterie alpine con rocce affioranti ospitano il Codirossone. Alle quote più elevate, sopra gli alti pascoli e nelle vicinanze di ripide pareti rocciose, in estate si possono osservare con facilità le acrobatiche evoluzioni del Rondone, del Rondone alpino, della Rondine montana, del Balestruccio.
Nel periodo invernale gli alti pascoli sono invece frequentati da Sordone e Fringuello alpino, provenienti dai vicini massicci del Monte Coglians.

Moltissimi sono ancora gli uccelli che si possono avvistare nel Parco, fra i più frequenti: Colombaccio, Cuculo, Allodola, Rondine, Prispolone, Ballerina bianca, Scricciolo, Pettirosso, Culbianco, Codirosso spazzacamino, Merlo, Tordo bottaccio, Tordela, Merlo dal collare, Capinera, Luì piccolo, Regolo, Cincia mora, Cincia alpestre, Cinciallegra, Cinciarella, Cincia dal ciuffo, Rampichino alpestre, Averla piccola, Storno, Passera d’Italia, Passera mattugia, Fringuello, Cardellino, Ciuffolotto, Fanello, Zigolo giallo, Strillozzo e molti altri.