Com respeito à fauna são poucas as informações disponíveis, o que permite apenas estimativas gerais. Avalia-se que a fauna da região abrigue:

• Milhares de espécies de insetos e outros invertebrados terrestres e de água doce, incluindo esponjas, briozoários, vermes, minhocas, aranhas, escorpiões, opiliões, lacraias, centopéias, tatuzinhos, pitus, caranguejos de água doce, caramujos e os ameaçados “búzios terrestres”.
• Poucas dezenas de espécies de moluscos de água doce, sendo alguns ameaçados regionalmente de extinção;
• Milhares de espécies de invertebrados marinhos, com destaque para as esponjas, corais, águas vivas, caravelas, cracas, caranguejos, siris, camarões, lagostas, mexilhões, ostras, caramujos, lulas, polvos, poliquetas, estrelas-do-mar, pepinos-do-mar e ouriços;
• 39 espécies de peixes na lagoa de Araruama, 31 na lagoa de Saquarema, 89 na bacia do rio São João, 48 na bacia do rio Una e 46 na bacia do rio das Ostras. Somente no rio São João vivem 32% de todas as espécies de águas interiores do estado do Rio de Janeiro. A piabanha do São João encontra-se ameaçada.
• Seguramente mais de 4 centenas de espécies de peixes marinhos, das 622 registradas na costa do Estado do Rio de Janeiro, vivendo em águas costeiras, na superfície e a meia-água,, assim como junto ao fundo de áreas rasas e profundas, destacando-se o tubarão baleia, o maior peixe do mundo, e vários outros como sardinha-verdadeira, sardinha laje, sardinha cascuda, peixe-galo, xerelete, robalos, cavalas, anchova, peroá, pargo, dourado, castanha, batata, garoupa, badejo, cherne, namorado, corvina, pescada, namorado, tainha, robalo, cações e raias, além de atuns (bonito-listado, albacora-laje, albacorinha, bonito-cachorro e bonito-pintado);
• Dezenas de espécies de sapos e rãs vivendo as margens de lagoas de água doce e açudes, em brejos, em bromélias, no chão de matas e restingas e na copa das árvores das florestas;
• Dezenas de espécies de lagartos e cobras habitando o sub-solo, o folhiço da floresta, os galhos e as copas das árvores, as restingas e campos, destacando-se a jibóia, a jacararaca e a cobra d’água e dentre os lagartos, o grande teiú e a pequena e ameaçada lagartixa da areia, exclusiva da região;
• De duas a três espécies de cágados de água doce, do qual se sabe muito pouco;
• Cinco espécies de tartarugas marinhas (tartarugas de couro, de pente, oliva, verde e cabeçuda). A cabeçuda é a única que desova nas praias da região, sendo protegida pelo IBAMA (Projeto TAMAR);
• Mais de 350 espécies de aves terrestres e aquáticas;
• Dezenas de espécies de morcegos, ratos e marsupiais silvestres, com destaque para as capivaras, pacas, esquilos, gambás, cutias, ouriço-caixeiro e cuícas;
• Uma espécie de coelho nativo, o tapiti;
• Cerca de uma dezena de espécies de carnívoros, reunindo pequenos gatos do mato, sussuarana, jaguarundi, jaguatirica, irara, lontra, furão, quati, guaxinim e cachorro do mato;
• Animais de casco como o veado mateiro e o caititu;
• Desdentados como a preguiça comum, a preguiça de coleira, o tamanduá mirim e pelo menos duas espécies de tatus;
• 5 espécies de primatas, incluindo o macaco-prego, o sauá, o sagüi da serra, o bugio e o famoso mico-leão-dourado, mundialmente conhecido e que vive somente na área do Consórcio e em nenhum outro lugar do mundo;
• Cerca de 22 espécies de baleias e golfinhos. Alguns vivem permanentemente nas águas oceânicas da região, enquanto outros passam temporadas. Exemplos típicos do primeiro grupo são o boto-cinza e a toninha. As baleias mais comuns são a jubarte, a franca e a de Bryde, mas ocorre também a presença esporádica das baleias minke, sei, fin e azul. Esta última é o maior animal do mundo.

Com respeito aos microrganismos, há milhares de espécies de bactérias, algas unicelulares, leveduras e protozoários de vida livre como amebas, paramécios e outros, vivendo em toda parte.