Fauna Křivoklátska je typickou květenou teplé lesní oblasti. Její rozmanitost odpovídá pestrosti vegetačního krytu a geomorfologické členitosti území. Vysoká druhová pestrost zařadila toto území například mezi význačná ptačí území Evropy. Bylo zde zjištěno 120 druhů hnízdících a 35 druhů ptáků na průtahu. Dále zde bylo zjištěno 110 druhů měkkýšů, 28 druhů vážek, 750 druhů motýlů, 53 druhů mravenců, 60 druhů savců, 8 druhů plazů, 12 druhů obojživelníků, 1500 druhů brouků a 30 druhů ryb. Na území chráněné krajinné oblasti se vyskytuje min. 20 kriticky ohrožených, 37 silně ohrožených a 44 ohrožených druhů živočichů. Vzhledem k historickému vývoji je Křivoklátsko tradičně oblastí lovné zvěře, především jelení. Vysoké jsou i stavy prasete divokého, srnce obecného a uměle vysazeného muflona. Z ostatní spárkaté zvěře je zde chován ještě jelen sika, daněk skvrnitý a v Lánské oboře jelen sika Dybowského.

K typickým obyvatelům skalních biotopů patří některé druhy měkkýšů, např. vrkoč horský a vrkoč lesní, z pavouků skálovka (Zelotes puritanus), pavučenka (Erigonoplus jarmilae) a cedivka (Altella bipuncata). Skalní stepi hostí z měkkýšů třeba zrnovku (Pupilla triplicata) či vřetenatku českou. Na několika lokalitách zde nalezneme západoevropského pavouka stepníka černonohého. Typická hmyzí fauna žije též na rostlinách skalních teras a kamenitých stepí. Jsou to např. všechny naše druhy nosatců potravně vázané na tařici skalní, specializovaný nosateček (Oprohinus suturalis) žijící na česneku chlumním či nosatčík (Apion sedi) na rozchodnících. Další druhy nosatčíků pak žijí na čilimníku černajícím nebo na rmenu barvířském, čtyři druhy nosatců se vyskytují v nízké vegetaci skalních stepí. Na skalních výchozech hnízdí výr velký a poštolka obecná.

Suchomilné trávníky stepního charakteru, teplomilné bylinné lemy lesních porostů a lesostepi jsou životním prostorem mnohých reliktních druhů mandelinek a dřepčíků. Vyskytuje se zde několik druhů krytohlavů, pontopanonský štítonoš (Cassida pannonica) a další. Na stepních lokalitách v Lánské oboře nalézáme dřepčíka (Longitarsus niger), unikátního nosatčíka Apion rugicolle či vzácného krasečka (Aphanisticus pusillus). I motýlí fauna křivoklátských stepí je významná. Žijí zde např. otakárek fenyklový i otakárek ovocný, bělopásek dvouřadý nebo můra (Staurophora celsia), která zde vytváří stabilní populaci, ačkoliv její další výskyt je znám až z jižní Moravy. Byl zde zaznamenán výskyt vzácného vrubounovitého brouka (Sisyphus schaefferi). Na pleších žije mnoho druhů sarančí. Herpetofaunu zastupují ještěrky, zejména ještěrka zelená a užovky. Hlavně užovka hladká. Z ptáků zde hnízdí např. pěnice vlašská, pěnice hnědokřídlá a ťuhýk obecný. V sutích  často sídlí jezevec lesní  nebo liška obecná.

Pestré lesní ekosystémy vytvářejí vhodné biotopy pro celou řadu významných populací vzácných a faunisticky zajímavých druhů. Jsou to zejména skupiny xylofágního a mykofágního hmyzu. Z čeledi tesaříkovitých brouků (Cerambycidae) žije na Křivoklátsku 137 druhů (v ČR celkem 184), mezi nimi např. tesařík obrovský, t. broskvoňový  či tesařík (Necydalis ulmi). Významným druhem je tesařík (Phymatodes pusillus) , jehož nominátní forma (P. pusillus pusillus) byla zjištěna zatím pouze na Křivoklátsku. Z pralesních druhů zde bylo zaznamenáno mnoho vzácných kovaříků nebo zvláště chráněný páchník hnědý.

Suťové smíšené lesní porosty jsou nejbohatší na výskyt měkkýšů, z nichž se zde setkáme např. s vřetenatkou rovnoústou  a vřetenatkou šedavou. Zoologicky zajímavé jsou též vnitřní prostory drolin nezarostlých lesní vegetací, významná je především promrzající suť s lomikamenem trsnatým, kde na jediné lokalitě v ČR žije plachetnatka (Porrhomma rosenhaueri). V suťových lesích lze najít celou řadu druhů střevlíkovitých brouků, např. (Licinus hoffmannsegi) a (Cychrus attenuatus). Ve zbytcích jedlových porostů nalezneme tesaříky (Pogonocherus ovatus) nebo (Acanthocinus reticulatus). Z nočních motýlů se zde vyskytují strakáč březový, hřbetozubec (Odontosia carmelita), šedavka bučinová  a další. Velmi zajímavá jsou kamenná moře, v nichž žijí reliktní druhy sekáčů – žláznatka (Nemastoma triste) a klepítník členěný. Pouze v tomto biotopu žije střevlíček (Leistus montanus).

Xerofilní doubravy na teplých kamenitých stráních hostí velmi zajímavé druhy tesaříků, mandelinek a pavouků. Žije zde např. krytohlav (Cryptocephalus octomaculatus), nalezený v Čechách pouze zde a v okolí hradu Krašova. Významný je výskyt pavouků (Anyphaena furva) a (Cetonana laticeps) vázaných na povrch kmenů zakrslých dubů. Z ohrožených motýlů zde žije batolec duhový, b. červený či bělopásek topolový. V bukových a dubových porostech žije náš největší brouk roháč obecný a již zmíněný tesařík obrovský.

Dubové bučiny jsou hnízdištěm mnoha druhů ptáků, např. luňáka červeného, včelojeda lesního či jestřába lesního. Z datlovitých zde žije datel černý, strakapoud velký, strakapoud malý, s. prostřední, žluna šedá a zelená , dále např. krutihlav obecný. Křivoklátsko je také významným hnízdištěm čápa černého, ze sov zde hnízdí kulíšek nejmenší či vzácně sýc rousný, z pěvců žluva hajní, lejsek bělokrký a l. malý a mnoha dalších. Stále významnější se ukazuje výskyt netopýrů, které reprezentují především lesní druhy jako je netopýr velkouchý, n. stromový a n. ušatý, byl zde objeven i netopýr menší. Mezi drobnými savci jsou zajímaví např. plch velký a myška drobná. Z velkých obratlovců je dominantním lesním druhem jelen evropský, hojný je srnec obecný a prase divoké. V minulosti zde byly vysazeny nepůvodní druhy jako daněk skvrnitý, jelen sika a muflon. Vysoké stavy kopytníků mají nepříznivý vliv zejména na exponovaná společenstva, je proto nutné přistoupit k cílené redukci jejich početních stavů.

V malých vodních nádržích, rybníčcích a lesních tůňkách se zachovala přirozená společenstva vodních rostlin a na nich žijících specializovaných živočichů. Jsou to např. fytofágní brouci rákosníčci z rodů Plateumaris a Donacia, v porostech bahničky dřepčík (Chaetocnema aerosa), na stulíku nosatečci (Phytobius leucogaster) a (Pelenomus canaliculatus) a další. Z obojživelníků je významný výskyt kuňky žlutobřiché, tří druhů čolků včetně vzácného čolka velkého, a relativně velké populace mloka skvrnitého u lesních potůčků a pramenišť.

V Klíčavském potoce žije vzácný velevrub tupý. Několik nejčistších toků obývá rak kamenáč, v mnoha dalších nalezneme raka říčního a v nádržích raka bahenního. Na jedné izolované lokalitě žije i mihule potoční a v několika čistých potocích vranka obecná či střevle potoční. V povodí Berounky můžeme ještě stále potkat užovku podplamatou, z dravců lze při tahu zahlédnout orlovce říčního, vzácně zde hnízdí orel mořský. Pod hladinou často loví skorec vodní nebo ledňáček říční. Značné problémy působí nárůst početních stavů zdivočelé populace norka amerického.

Zejména pro řadu ohrožených druhů hmyzu, jako je třeba modrásek černoskvrnný, jsou významným biotopem též různé typy luk. Ve zbytcích druhově bohatých ovsíkových a kostřavových luk přežívají nosatečci (Omiamima mollina) a (Bagous collignensis) nebo na chrastavcích kraseček (Trachys troglodytes). Typickým biotopem Křivoklátska jsou vlhké a mokré louky, ač často přecházející do nekosených vysokobylinných lad. Na pcháči zelinném tu nalezneme mandelinku (Galeruca laticollis) a v údolí Klíčavského potoka se daří populaci karpatského nosatce (Donus oxalidis). Z ptáků se na lukách vyskytuje místy i chřástal polní a tam, kde se louky prolínají s poli, žije koroptev polní a křepelka polní. Podmáčené louky jsou vhodným prostředím pro mnohé druhy obojživelníků. Z plazů zde žije ještěrka živorodá  a zmije obecná.

V lesích zde hnízdí několik párů čápa černého a včelojeda lesního, vyskytuje se zde také lejsek malý a lejsek bělokrký, kteří tvoří v některých oblastech významnou složku ptačích společenstev. Ve starých světlých lesích se můžeme setkat s roháčem velkým, vzácně se vyskytuje i tesařík obrovský. Z vodních živočichů je nejvýznamnější početná populace velevruba tupého a raka kamenáče, hojná je také vranka obecná. Slunné stráně a skalky obývá nápadný pavouk stepník rudý.