Znajdziemy tu w sumie 194 gatunki kręgowców (38 ssaków, 113 ptaków, 5 gadów, 10 płazów i 28 ryb) oraz 1310 gatunki bezkręgowców. Spośród ssaków cztery gatunki należą do rzędu owadożernych, 9 do nietoperzy, 2 do zajęczaków, 10 do gryzoni, 10 do drapieżnych i 3 do rzędu parzystokopytnych. Ochroną ścisłą objętych jest w sumie 15 z tych gatunków, a kolejne 5 ochroną częściową. Oprócz gatunków pospolitych (np. sarna, dzik czy jeleń) występują tu także rzadsze jak ryjówka malutka, nocek łydkowłosy, wydra, tchórz a w ostatnich latach w Parku obserwuje się wilka.
Inwentaryzacja i obserwacje ptaków wykazały 113 gatunków lęgowych i przelotnych (z których pod ochroną ścisłą jest 98 gatunków, a częściową 6). Przynajmniej 25 występujących tutaj gatunków należy uznać za szczególnie ważne, zarówno w skali kraju jak i regionu. Wśród gatunków lęgowych można spotkać: cyraneczkę, cyrankę, gągoła, bielika, błotniaka stawowego, krogulca, kobuza, łabędzia krzykliwego, żurawia, bąka, czajkę, kszyka, słonkę, siniaka, puchacza, włochatkę, lelka, dzięcioła czarnego i dużego, dudka czy mysikrólika a z przelotnych: orzechówkę, bociana czarnego, gęgawę i świstuna. Jeziora Ostrowite, Płęsno i Skrzynka stwarzają wielu gatunkom dogodne warunki do pierzenia się oraz odpoczynku i żerowania w okresie migracji. Szczególnie podczas jesiennych migracji żurawi notuje się ich duże koncentracje (powyżej 2000 osobników) na Jeziorze Ostrowite – stanowi jedno z największych zlotowisk w Polsce. Innymi miejscami ważnymi dla awifauny Parku są dwa obszary starych pasów przeciwpożarowych – otwarte obszary pomiędzy drzewostanami stwarzają bardzo atrakcyjne środowisko, preferowane w szczególności przez lelka i lerkę oraz wiele gatunków dziuplaków (dzięcioły i sikory).
W Borach Tucholskich występuje w sumie 5 gatunków gadów i 10 gatunków płazów. Do najczęściej spotykanych na obszarze Parku gadów należą padalec zwyczajny i jaszczurka zwinka. W ciągu ostatnich lat stwierdzono obecność dwóch nowych, dotąd nie notowanych na tym terenie płazów – traszki grzebieniastej i rzekotki drzewnej. W wodach Parku stwierdzono obecność 28 gatunków ryb, w tym podlegających ochronie ścisłej kozy i różanki. Sielawa i sieja, żyjące w czystych i chłodnych jeziorach mają tu doskonałe warunki. Świetnym sposobem na zapoznanie się z bogactwem fauny zamieszkującej wody Parku są spływy kajakowe Brdą. Stanową one świetne połączenie aktywnego wypoczynku oraz poznawania przyrodniczego bogactwa regionu Borów Tucholskich.
Stopień poznania fauny bezkręgowców Parku jest słaby. Stwierdzono tu wprawdzie dotąd występowanie 741 gatunków – 147 z nich to gatunki rzadkie, zagrożone i chronione, a 58 wykazano po raz pierwszy w regionie Pojezierza Pomorskiego. Jest to jedna z najsłabiej poznanych grup – przez cały czas odkrywane są nowe gatunki. O bogactwie fauny bezkręgowej występującej na murawach kserotermicznych i na wrzosowiskach można wnioskować głównie na podstawie pszczół, bowiem tylko ta grupa jest tutaj stosunkowo dobrze poznana. Mimo, iż wymienione środowiska zajmują w Parku stosunkowo niewielki obszar, to pochodzi z nich ponad 63% gatunków pszczół. Cenną grupą są również ważki – iglica mała czy miedziopierś północna. W Parku znaleźć można praktycznie pełen zestaw gatunków tyrfobiontycznych i tyrfofilnych (ściśle związanych ze środowiskiem torfowiskowym) co świadczy o dużym stopniu naturalności tych siedlisk.