六盘山地区共有陆栖脊椎动物220种，隶属于24目，59科，水生脊椎动物6种，隶属于1目，2科。脊椎动物大多分布在泾源县内，在隆德县境内也有少量分布。居留种类116种，占陆栖脊椎动物总数的52.73%；夏候鸟71种，占陆栖脊椎动物总数的32.27%；冬候鸟6种，占陆栖脊椎动物总数的2.73%；旅鸟27种，占陆栖脊椎动物总数的12.27%。在这一地区繁殖的陆栖脊椎动物种类共计187种，占陆栖脊椎动物总数的85%。
（二）动物种类
1.哺乳类
六盘山国家级自然保护区哺乳类物种丰富，共有6目，16科，33属，47种，其中食虫目3科，3属，4种，占哺乳类总种数的8.51%；翼手目1科，1属，1种，占哺乳类总数的2.13%，为食虫动物；兔形目2科，2属，2种，为食草动物，占哺乳类总数的4.26%，主要分布在泾源、隆德，固原也有少量分布；啮齿目4科，17属，27种，占哺乳类总数的57.45%，皆为食草动物，隆德地区分布极广，泾源地区分布较多，固原地区偶尔也会见到；食肉目4科，8属，10种，占哺乳类总数的21.28%，主要分布于泾源、隆德地区的林区内，其中金钱豹为国家一级重点保护野生动物，豺为国家二级重点保护野生动物；偶蹄目2科，3属，3种，占哺乳类总数的6.38%，都为食草动物，大多分布在泾源、隆德林区，固原林区分布较少，其中林麝为国家一级重点保护野生动物。
六盘山国家级自然保护区内的47种哺乳类动物中，濒危物种有金钱豹、林麝、豺等。我国特有种有四川林跳鼠、中华鼢鼠、北社鼠、岩松鼠、甘肃鼢鼠、洮州绒鼠。
2.鸟类
从鸟类分布情况来看，由二龙河、泾河源、雪山、龙潭等林区组成的核心区内，森林茂盛，植被保存良好，人类活动较少，分布有109种鸟类，占保护区鸟类总数的70.32%。其中，二龙河林区观测到的鸟类有76种，雪山林区鸟类有14种，泾河源的鸟类有10种。区内繁殖的鸟类占大多数，为122种，占保护区鸟类总数的78.71%。而在保护区繁殖的鸟类中居留种有52种，夏候鸟有70种，分别占保护区繁殖鸟类的42.62%、57.38%。这122种繁殖鸟类中，我国特有种有大石鸡、山噪鹛、橙翅噪鹛、黄腹山雀、银脸长尾山雀及白眶鸦雀6种，占4.92%。其中，银脸长尾山雀及白眶鸦雀以前只发现于秦岭以南的狭窄山区，在秦岭以北还是首次发现。区内的珍稀濒危保护鸟类有金雕、雀鹰、大、白尾鹞、燕隼、红隼、红脚隼、勺鸡、雉鸡、雕鸮等。
3.爬行动物
本区共有爬行类动物2目，4科，6属，8种，占宁夏回族自治区爬行动物总种数的42%。其中蜥蜴目有2科，3种，有鳞目2科，5种，其中北方型种类有秦岭滑蜥、白条锦蛇、中介蝮及蝮蛇4种，广布种只有双斑锦蛇1种且数量不多，高地型也只高原蝮1种分布在该地区，中亚型则有丽斑麻蜥2种，数量不多。白条锦蛇和中介蝮是优势类群。六盘山保护区的爬行动物主要分布在泾源县内，隆德县也偶有分布。8种爬行动物中有3种仅分布于古北界，2种仅分布于东洋界，另外3种在古北界和东洋界都有分布。其中，蜥蜴目的爬行动物中秦岭滑蜥、高原蝮、双斑锦蛇和蝮蛇4种在六盘山保护区较常见，主要分布于保护区内海拔低于2200m的地方，常出现在建筑物缝隙、岩缝、石块下、杂草灌丛、林区边缘、林中空地、路边、农田、荒坡草皮下、乱石堆、山区草丛、石缝、石堆等生境中。白条锦蛇的分布范围广泛，几乎分布于保护区的任何海拔，是该区的优势种。其他几类爬行动物虽然出现的生境很多，但却比以上几种爬行动物少见。在垂直分布上，该保护区的爬行动物分布于2100m以上区域的种类达到了半数，其中高原蝮蛇分布区域最为宽泛，从保护区海拔1750m到最高海拔区2800m均有分布。
4.两栖类
六盘山国家级自然保护区内仅有5种两栖类动物，隶属于1目，3科，3属，分别占宁夏全区1目，3科，3属，6种的100%、100%、100%、83%。其中六盘齿突蟾属于锄足蟾科，是该区的优势种，属高地型动物，它不仅是我国的特产种类，也是六盘山保护区的特有种，本属目前记录有10种；岷山蟾蜍和花背蟾蜍属于蟾蜍科，都是北方型种类，其中岷山蟾蜍属于当地优势类群；中国林蛙和黑斑蛙属于蛙科，其中中国林蛙属于北方型种类，黑斑蛙属于广布型种类，中国林蛙是优势类群。
六盘山保护区位于秦岭以北，其南北走向的山地位置相当重要，从东来的海洋气流沿秦岭西进，在北部受到六盘山的阻挡；从西来的干旱气流也受到六盘山的阻挡，从而造成山地两侧气候条件的差异，形成六盘山两栖动物特殊的区系特点。该保护区的两栖类动物主要分布在泾源县内，隆德县偶有分布。5种两栖动物中，有2种仅分布于古北界，广泛分布于东洋界和古北界的物种有3种。
5.鱼类
6.昆虫
目前已整理出的六盘山保护区昆虫有20目，197科，1004属，1792种，其中全变态类昆虫1410种，隶属于8目，127科，768属，分别占保护区昆虫总目数、总科数、总属数、总种数的40%、64.47%、76.49%、78.68%。其中，古北区成分1037种，东洋区成分88种；广布种285种。不完全变态昆虫有12目，70科，236属，382种，分别占保护区昆虫总目数、总科数、总属数、总种数的60%、35.53%、23.51%、21.32%。其中，古北区成分最多，有219种，占不完全变态昆虫总种数的57.33%；古北界和东洋界混合成分次之，共122种；东洋界成分41种。
