Entre las rapaces se encuentra el águila real (Aquila chrysaetos), la calzada (Hieratus pennatus), la culebrera (Circaetus gallicus), el milano negro (Milvus migrans), el cernícalo primilla (Falco naumanni) y el el vulgar (Falco tinnuncules), como un gran número de pequeñas aves, entre las que cabe destacar el rabilargo (Cyanopica cyanus).

Entre los mamíferos destaca la presencia del lince ibérico (Lynx pardina), la nutria (Lutra lutra) y el meloncillo (Herpestes ichneumon), tan escasos en el resto de la provincia. En cuanto a otros carnívoros, aparecen el zorro (Vulpes vulpes), truón (Mustela putorius), comadreja (Mustela nivalis), garduña (Martes foina), gineta (Genetta genetta), tejón (Meles meles) y el gato montes (Felis sylvestris). Esta abundante fauna cazadora no tendría sentido sin la presencia de abundantes presas.

Por su parte, los reptiles también están bien representados en la zona, con al menos 10 especies, entre las que cabe citar el lagarto ocelado (Lacerta lepida), la lagartija colilarga (Psammodromus algirus), la culebrilla ciega (Blanus cinereus), la culebra lisa meridional (Coronella girondica) y la víbora hocicuda (Vipera latastei).

Destaca la presencia de algunas especies piscícolas endémicas de la Península Ibérica, como la bogardilla (Iberocypris palaciosi), el barbo gitano ( Barbus sclateri), la boga de río (Chondrostona polylepis) y el calandino (Tropidophoxinellus alburnoides). También son frecuentes algunos anfibios como la rana común (Rana perezi), ranita meridional (Hyla meridionalis), sapo común (Bufo bufo), sapo corredor (Bufo calamita) y tritón ibérico (Triturus boscai).

El embalse de Marmolejo permite la presencia aquí de aves acuáticas que no son frecuentes en los embalses de Sierra Morena, como la garza imperial (Ardea purpurea), al avetorillo (Ixobrychus minutus), martinete (Nycticorax nicticorax), rascón (Rallus aquaticus), calamón (Porphyrio porphyrio) y aguilucho lagunero (Circus aeruginosus).