Fauna adalah hewan yang mencakup segala jenis hewan serta kehidupannya yang berada diwilayah dan masa tertentu.
Berdasarkan data TNBTS tahun 2015, terdapat 38 (tiga puluh delapan) jenis satwa liar yang dilindungi menurut Peraturan Pemerintah No. 7 Tahun1999 tentang Pengawetan Jenis Tumbuhan dan Satwa yang terdiri dari 24 jenis aves, 11 jenis mamalia, 1 jenis reptil dan 2 jenis insekta.
1. Aves
Kawasan TNBTS merupakan habitat bagi 118 jenis burung, yang beberapa di antaranya dilindungi menurut PP No. 7/1999 tentang Pengawetan Tumbuhan dan Satwa antara lain Elang Jawa (Nisaetus bartelsi), Haliuastur indus, Falco mauccensis, Pavo muticus, Halcyon cyanopventris, Pericrocatus miniatus, Parus mayor.Berdasarkan hasil inventarisasi time- series di kawasan ini, setidaknya terdapat 14 ekor Elang Jawa di Resort PTN di Blok Bendolawang dan Coban Trisula.
2. Mamalia
Terdapat 18 jenis mamalia yang terdapat dalam kawasan TNBTS dan 14 jenis diantaranya memiliki nilai konservasi tinggi, antara lain: Manis javanica, Macan Tutul Jawa (Panthera pardus), Lutung Jawa (Trachypithecus auratus), Hystryx branchyura, Laricus sp.,dan Muntiacus muntjak.Dari beberapa jenis tersebut di atas, Macan Tutul dan Lutung Jawa menjadi spesies yang diprioritaskan untuk diselamatkan keberadaannya. Pada pertengahan tahun 2016, trap camera yang dipasang oleh BBTNBTS berhasil menangkap gambar seekor Panthera pardus dengan lokasi di Gunung Kukusan, Resort PTN Coban Trisula, Seksi PTN Wilayah II, Bidang PTN Wilayah I.
Lutung Jawa merupakan jenis primata endemik Pulau Jawa dan Bali. Tingkat reproduksi yang rendah serta tidak adanya musim kawin pada jenis ini menyebabkan populasinya terbatas. Trachypithecus auratus hanya memiliki keturunan tunggal, sehingga kerusakan pada habitatnya dikhawatirkan akan semakin menyebabkan penurunan populasi. Jenis ini dapat dijumpai di Blok Ireng-Ireng dan Coban Trisula. Pada tahun 2006 dilakukan pelepas-liaran Lutung Jawa oleh PPS (Pusat Penyelamatan Satwa) Petung Sewu sebanyak 41 ekor yang dilepas pada 14 titik di Blok Ireng-ireng
3. Reptil
Berdasarkan hasil inventarisasi, setidaknya terdapat 11 jenis reptil dalam kawasan TNBTS, antara lain: Ular Sendok Jawa atau Ular Kobra Jawa (Naja sputatrix), Ular Air (Cerberus rynchops), Ular Ganduk Luwuk / Ular Pohon Hijau (Cryptelytrops albolabris), Ular Tanah (Agkistrodon rhodostoma),danBunglon (Bronchocela kuhlii).
4. Insecta
Berdasarkan hasil inventarisasi, setidaknya terdapat 14 jenis insecta yang terdapat di Kawasan TNBTS, di antaranya yaitu: Kupu-Kupu (Delias aurantiaca), Kupu-Kupu (Appias lyncida), Kupu-kupu Sayap Biru (Graphium sarpedon), Kupu-kupu Raja (Papilio amphrysus), Kupu-kupu Jeruk (Papilio paris), dan Kupu-kupu Besar (Triodes cuneifera).