Фауна позвоночных Северо-Осетинского заповедника типична для центральной части Северного Кавказа и складывается из широкораспространенных палеарктических или даже циркумбореальных видов (ручьевая форель, уж, беркут, сапсан, малая мышь, заяц-русак, волк, косуля), вселенцев из Средиземноморья, Передней и Центральной Азии (кеклик, краснобрюхая горихвостка, шакал, истребленный в настоящее время леопард, серна) и автохтонных эндемиков (кавказская ящерица, кавказский улар, гудаурская полевка, дагестанский тур).
В фауне заповедника 58 видов млекопитающих, из них редких, занесенных в Красные книги России и РСО-Алания – 7. Имеется 1 эндемичный род (прометеева полевка), 11 эндемичных видов, 13 подвидов. Высотная поясность налагает отпечаток на животный мир. Для широколиственных лесов характерны: малая мышь, лесная куница, лесная кошка, кабан, косуля, реакклиматизированные благородный олень и кавказско-беловежский зубр, занесенный в Красные книги МСОП, России и РСО-Алания. Стадо зубров, обитающих в заповеднике и республиканском заказнике «Цейский» насчитывает около 50 зверей. В высокогорной части заповедника обитают дагестанская, гудаурская и прометеева полевки, горностай, каменная куница, дагестанский тур, серна. А такие звери, как медведь, рысь, волк, лиса встречаются во всех высотных поясах – от лесов предгорий, до высокогорных лугов, скал и каменных россыпей.
В заповеднике обитает 207 видов птиц, из которых 18 редкие, внесены в Красную книгу России. Эндемичных видов – 3, подвидов – 54. Своеобразно птичье население заповедника. Из обитающих здесь видов гнездящихся птиц 24 занесены в Красную книгу России (в том числе бородач, беркут, сапсан, стервятник, кавказский тетерев). 51 вид птиц занесен в Красную книгу РСО-Алания. Интересны обитатели высокогорий – кавказский улар, большая чечевица, краснобрюхая горихвостка, альпийская завирушка, краснокрылый стенолаз, альпийская галка. Обычны: горный конек, оляпка, корольковый вьюрок. Обитают в заповеднике, в межгорных котловинах, также кеклик и серая куропатка.
Пресмыкающиеся представлены гадюкой Динника, обыкновенным ужом, медянкой, кавказской и прыткой ящерицами, и веретеницей ломкой, из которых гадюка и кавказская ящерица встречаются в субальпийском и даже альпийском поясах.
Фауна земноводных немногочисленна. Наиболее широко распространена малоазиатская лягушка, поднимающаяся в горы до 2500 м. Еще выше – в ледниковых цирках до высоты 3000 м – встречаются зеленая жаба. Для влажных предгорий и широколиственных лесов характерна древесная лягушка – квакша.
Единственная рыба рек заповедника – ручьевая форель. В пределах Пастбищного и Скалистого хребтов иногда встречается усач.
Богат и разнообразен мир беспозвоночных животных, особенно насекомых. Наиболее яркие представители – занесенные в Красную книгу России и РСО-А бабочки: махаон, аполлон, мнемозина, подалирий, бражник мертвая голова. Встречаются редкие жуки: жужелицы кавказская и венгерская, красотел пахучий и другие. В фауне заповедника зарегистрировано около 400 видов