El Valle del Alto Guadiato constituye un refugio para las especies más representativas del ecosistema mediterráneo. Su abundancia depende de la zona que visitemos y de la estación del año en que nos encontremos. Con referencia a la fauna, hay que destacar la riqueza de la fauna cinegética, principalmente ciervo, jabalí, perdiz roja, y conejo.

En las zonas arboladas, de dehesas y olivares se extienden rebaños de ovejas, cabras, ganado porcino y vacuno que aprovechan los pastos naturales sin precisar de pienso o aportes energéticos suplementarios. Entre los reptiles más destacados podemos encontrarnos la culebra bastarda y la mayor de nuestras culebras, la de escalera, así como la lagartija colilarga y el lagarto ocelado. Es importante destacar la avifauna de esta zona, por ejemplo, la codorniz, tórtola común, zorzal común, paloma torcaz, urraca, estornino…De las rapaces cabe destacar el azor común, águila calzada, autillo y la cada vez menos frecuente águila imperial. Los mamíferos que buscan alimento o refugio en esta zona son jineta, zorro, lirón careto y ratón de campo, entre otros. 

En la sierra se encuentra, entre otra, una fauna que se ha visto relegada a estas zonas abruptas como consecuencia de la transformación de áreas más bajas, siendo este uno de los medios alterados donde predominan los mamíferos y las rapaces, entre las que destacan, carroñeros como el alimoche o el buitre leonado. Planeando podemos divisar al águila real, al águila perdicera y a la mayor de nuestras rapaces nocturnas, el búho real. Son de especial interés cinegético especies como el jabalí, el ciervo, el conejo y la liebre. Los reptiles asociados a estas zonas abruptas son la víbora hocicuda, la culebra de escalera, la lagartija colilarga, entre otros. 

En las zonas características de la comarca, destacan, por su interés ornitológico, aves esteparias como el elanio azul, que ha experimentado una espectacular expansión, al abejaruco, la carraca, la cigüeña, el sisón y la elegante grulla, encontrándose esta última sólo en los meses de invierno. 

Junto con el río que da nombre a nuestra comarca se encuentran otros enclaves acuáticos como el río Bembézar o el embalse de Sierra Boyera que albergan ictiofauna autóctona de especial interés, barbos, bogas, black-bass, carpas, lucios… que a su vez son presas potenciales de la nutria, el mamífero acuático más representativo y escaso de nuestros cursos fluviales. Las aves que frecuentan estas áreas son: ánade real, ánsar, focha común, cormorán, garza real, espátula y cerceta entre otros. 

En la Comarca del Valle del Alto Guadiato existen especies de gran interés, algunas de ellas estrictamente protegidas que deben ser preservadas por su alto valor ecológico como son la Nutria Común (Lutra lutra), Comadreja (Mustela nivalis), Turón Común (Putorius putorius), Garduña (Martes foina), Meloncillo (Herpestes ichneumón), Gineta (Genetta genetta) y Gato Montés (Felis sylvestris), etc.

La Zona ha sido hasta no hace mucho tiempo el hábitat de mamíferos de gran interés como el lobo o el lince ibérico, presentando el sur de Fuente Obejuna características adecuadas para la hipotética expansión del Lince ibérico, según se recoge en los trabajos llevados a cabo dentro del proyecto Life del Lince Ibérico.