Животным мир довольно разнообразен. Он состоит из представителей степей, полупустынь, встречаются и лесные животные. На территории парка обитает более 60% всех известных в Волгоградской области животных: насекомых - 974, из которых 13 видов занесены в Красную книгу Волгоградской области, позвоночных насчитывается 235 видов: рыб - 52, амфибий - 7, рептилий -10, птиц-164, млекопитающих-54 вида.
В лесных биоценозах обычными видами являются: кабан, косуля, лось, заяц – русак, ёж обыкновенный; из птиц гнездятся - овсянки, синицы, иволга, зяблик, горлица; реже - соловей, савки, ястреб-перепелятник, несколько видов совиных (домовой сыч, ушастая сова и др.). В наиболее глухих балках гнездится филин обыкновенный. Встречаются «краснокнижные»
виды птиц: европейский тюрик, змееяд, орел-карлик, большой подорлик, могильник, орлан-белохвост, дрофа, стрепет, кулик-сорока, сизоворонка, средний дятел и др.
Из редких насекомых зарегистрированы: дыбка степная, махаон обыкновенный, мнемозина, жук-олень, голубянка римн и др.
На территории парка отмечен глобально редкий реликтовый и эндемичный вид, находящийся под угрозой исчезновения-выхухоль. Она обитает лишь в пойме Дона и в малом количестве - озёрах и старицах Хопра.
Распространены пресмыкающиеся (ящерицы прыткие, степные гадюки). Встречается «краснокнижный» вид гадюка Никольского. В реках, озерах, искусственных водоемах обитает рыба: стерлядь, сазан, сом, лещ и др.