El Parque Natural posee un total de 213 especies de vertebrados catalogadas de las que 46 corresponden al grupo de los mamíferos, 13 al de anfibios, 19 al de reptiles, 126 al de aves y 9 al de los peces. En el caso de que queramos observar fauna en los más oscuros rincones de estos bosques debemos ser muy observadores, sigilosos, pacientes y astutos al igual que todo buen "cazador", ya que la tarea necesitará de empeño y pasión para descubrir el misterioso mundo de los seres vivos que pueblan la zona.

Entre las 46 especies de mamíferos hay que destacar uno de los animales claves y emblema del Parque Natural, y motivo por el cual la zona también es Reserva de Caza, la Cabra Montés, (Capra pyrenaica Subsp. Victoriae), reintroducida con gran éxito en la década de los 70, rehaciéndose de nuevo la reina en las cumbres de estas sierras. Mientras el avistamiento de las hembras con los pequeños es bastante fácil, los machos se suelen encontrar más ocultos entre la espesura, si bien hay que indicar que en época de Celo, la cual se produce en los últimos meses del año los machos son menos esquivos y su observación es más sencilla.

Otros animales cinegéticos que se pueden observar, aunque con mayor dificultad son; el corzo (Capreolus capreolus), el ciervo (Cervus elaphus), el jabalí (Sus scrofa) o el zorro (Vulpes vulpes).

También merece la pena reseñar el tejón (Meles meles) y la nutria (Lutra lutra).

Como podemos apreciar la fauna es muy rica y otra de las especies más importantes que se pueden encontrar es el lobo ibérico (Canis lupus signatus), posiblemente sin manadas estables, pero en una ligera expansión en los últimos años, ha sido avistado de paso en numerosas ocasiones.

Se está favoreciendo la cría de conejo de monte (Oryctolagus cuniculus), con el fin entre otras cosas de que en un futuro no muy lejano el lince (Lynx pardina) pueda volver a esta zona de la península, en la cual, tuvo uno de sus últimos rincones fuera de Doñana y Sierra Morena, ya que el hábitat de la sierra para este felino es excelente.

El hábitat de las Batuecas-Sierra de Francia es muy propicio para los anfibios. En parte debido a la alta humedad ambiental que hace que se puedan encontrar en arroyos y charcas desde tritón ibérico (Triturus boscai) hasta sapo partero ibérico (Alytes obstetricans), además de otras ranas y sapos. También son anfibios comunes la salamandra (Salamandra salamandra) y el tritón jaspeado.

Respecto a los reptiles cabe destacar la lagartija de la Peña de Francia, endemismo descrito recientemente exclusivo de la franja montañosa superior a los 1650 metros de altitud. Además de ésta merece la pena citar otros reptiles como el lagarto verdinegro (Lacerta schreiberi), el galápago leproso (Mauremys caspica), el lagarto ocelado (Lacerta lepida) o la víbora hocicuda (Vipera latastei).

En cuanto a las aves es habitual encontrarse con buitres, tanto leonados (Gyps fulvus) como negros (Aegypius monachus). Además de alimoche (Neophron percnopterus). Otras rapaces que podemos observar con suerte son el águila real (Aquila chrysaetos), aguila culebrera (Circaetus gallicus), aguila calzada (Hieraaetus pennatus),halcón peregrino (Falco peregrinus), búho real (Bubo bubo), mochuelo (Athene noctua) ratonero (Buteo buteo) milano real (Milvus milvus) y milano negro (Milvus migrans). Con más detenimiento se debe comentar la existencia de cigüeña negra (Ciconia nigra), catalogada en peligro de extinción dado el delicado estado de sus poblaciones en nuestro país. Esta especie suele elegir lugares recónditos y alejados de las poblaciones para instalar su nido. Es muy asustadiza, por lo que a la menor señal de perturbación huye, abandonando incluso a sus pollos. Los actuales trabajos de mejora de la caza menor que se llevan a cabo en el territorio del Parque pretenden, entre otros objetivos, favorecer el retorno y cría de las grandes águilas.

Además de pájaros carpinteros como pito real (Picus viridis) que realiza nidos a modo de agujero muy fáciles de ver en el interior de troncos, escondiendo en ellos a sus crías.

Muy habituales en estos bosques son los pequeños paseriformes, entre ellos podemos citar al trepador azul (Sitta europaea), al ruiseñor (Luscinia Megarhynchos), el petirrojo (Erithacus rubecula), el carbonero (Parus major), el herrerillo (Cyanistes caeroleus), el pinzón común (Fringilla coelebs), gran variedad de currucas (Sylvia Sp.) y pardillo común (Carduelis cannabina).

En cuanto a los peces, quizá la más representativa es la trucha (Salmo trutta), también la carpa (Cyprinus caprio) o la tenca (Tinca tinca) pueblan el río Alagón que es el de mayor caudal. Otros que además de en éste se observan en los ríos Francia, Batuecas y otros pequeños riachuelos son la boga (Chondrostoma polylepis) y el barbo ibérico (Barbus bocagei).