Μέχρι σήμερα έχουν καταγραφεί 98 είδη πουλιών, αλλά στην πραγματικότητα, ο αριθμός ειδών πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερος. Από αυτά, τα 40 φωλιάζουν στον βιότοπο ή στην γύρω περιοχή, (μόνιμα ή είναι καλοκαιρινοί επισκέπτες) και εξαρτώνται απ’ αυτόν για την εύρεση τροφής. Τα υπόλοιπα, παρατηρούνται κατά τη μετανάστευση ή διαχειμάζουν. Είκοσι έξη προστατεύονται από την Ευρωπαϊκή νομοθεσία και 14 αναφέρονται στο κόκκινο βιβλίο των απειλούμενων σπονδυλόζωων της Ελλάδας.
Η χερσόνησος Γραμβούσα, χαρακτηρίζεται ως βιότοπος μεγάλης σημασίας για τα μεταναστευτικά πουλιά. Επίσης, είναι σημαντικό σημείο αναζήτησης τροφής, για το απειλούμενο στην Ευρώπη Cypaetus barbatus (γυπαετός). Εδώ, φωλιάζουν η πέρδικα (Alectoris chukar), το αγριοπερίστερο (Columba livia), η ζάρα (Tyto alba), η δεντροσταρήθρα (Lullula arborea, η ασπροκώλα (Oenanthe hispanica),ο μαυρολαίμης (Saxicola torquata), ο γαλαζοκότσυφας (Monticola solitarius),ο κόρακας (Corvus corax) και το φανέτο (Carduelis cannabina).
Κατά τη διάρκεια των μεταναστευτικών περιόδων, είναι δυνατόν να παρατηρηθούν πάρα πολλά είδη. Μεταξύ είναι τους και τα ακόλουθα: ο λευκοτσικνιάς (Egretta garzetta), ο ασπροπάρης (Neopheron percnopterus), ο βαλτόκιρκος (Circus cyaneus), η αλκυόνη (Alcedo atthis), η μικρογαλιάντρα (Calandrella brachydactyla), το οχθοχελίδονο (Riparia riparia), η κοκκινοκελάδα (Anthus cervinus).
Από τα ερπετά, αναφέρεται το φίδι Εlaphe situla (Σπιτόφιδο ή Όχεντρα, όπως από παρεξήγηση λέγεται στη Κρήτη), το οποίο προστατεύεται από την Ελληνική και Ευρωπαϊκή νομοθεσία. Ιδιαιτερότητα της πανίδας της περιοχής, αποτελεί και το κοπάδι των άγριων γαϊδουριών που ζει πάνω στη χερσόνησο (Μπάλος).
Σε ενάλια σπήλαια της περιοχής, γεννά η Μεσογειακή φώκια (Μonachus monachus). Στην περιοχή, έρχεται να αναζητήσει συχνά την τροφή της και η θαλάσσια χελώνα (Caretta caretta), αυστηρά προστατευόμενο είδος, παρόλο που δεν φωλιάζει εδώ. Τα θαλάσσια μαλάκια της λιμνοθάλασσας, δεν υπάρχουν πουθενά αλλού στην Κρήτη σε αυτή την σύνθεση και ποσότητα.