На территории заповедника можно встретить представителей более 60 видов пернатых (в целинной степи гнездится 16 видов птиц, множество птиц бывает на пролете, в парках гнездится около 40 видов и на водоемах около 30 видов птиц, никогда раньше не живших в Аскания-Нова).
Больше всего жаворонков: малых, серых, хохлатых, степных, белокрылых и даже северных рогатых. Нельзя представить себе степь и без юрких каменок.
Можно увидеть в степи и неразлучную пару журавлей-красавок или двух важных серых журавлей, а также степных куликов — авдоток. Гнездятся в степи еще дрофы и стрепеты, серые куропатки. Редкий гость — степной орел. Чаще можно видеть низко летящего над землей степного луня или пустельгу.
Весной звонко кричат большие кроншнепы, по вечерам слышны голоса лебедей-кликунов.
В парке стали гнездиться скворцы, грачи, зеленушки, чернолобые сорокопуты, щеглы, садовые славки. Обитают пустельги, галки, кукушки, иволги, соловьи. Зимой — синицы, зарянки, зяблики, свиристели, дрозды, дятлы. На водоемах обитают кряквы, чибисы, камышовые луни, камышевки, трясогузки.
В заповеднике можно видеть белых и черных лебедей, фламинго, египетских, серых, черных, белых гусей.
В вольерах содержатся такие редкие птицы, как страусы африканские, эму, нанду, дрофы, фазаны, степные орлы, венценосные журавли, попугаи.
Мелких зверьков немного. Из типичных видов встречается полевка, которая в благоприятные годы размножается в огромных количествах. Меньше мышей, хомячков, мышовок, редки тушканчик и обыкновенный хомяк. Зато немало серых сусликов, сидящих столбиком.
Из хищников в асканийских степях обычны степные орлы, степные хорьки, лисицы, ласки и редки горностаи.
Парк Аскания-Нова обжили летучие мыши, рыжие вечерницы. Обитают здесь землеройка, еж, лесная мышь.
Утром на тропинках греются ящерицы, а иногда и степные гадюки, у пруда можно обнаружить присутствие ужа.
Мир насекомых степи разнообразен Черный жук, перекатывающий навозный шар, — главная ее достопримечательность. В цветах селятся усачи с черными поперечными полосами. Порхают репейницы, махаоны, перламутровки, сатиры, белянки. В середине лета особенно много кобылок. На травах сидят богомолы, по дорогам бегают скакуны.
В своеобразном зоопарке заповедника содержится уникальная коллекция животных. Еще в 1888 году Фальц-Фейн завез в парк американских страусов нанду, четыре года спустя — африканских, а потом — австралийских страусов эму. От всех страусов вскоре были получены птенцы, и только эму дала потомство через 20 лет (эму, несущая яйца австралийским летом, когда у нас зима, вынуждена сидеть на искусственном гнезде в домике).
В акклиматизационном центре диких животных представлены виды интересных зверей и птиц, проживающих не только в России, но и на других континентах (зебры, южноамериканские верблюды, индийские и африканские антилопы, страусы, фазаны, павлины, олени и т. д.).
В степи пасутся южноамериканские ламы, шотландские пони, американские бизоны, кафрские буйволы.
Еще Фальц-Фейн решил попытаться восстановить сайгака, который исчез из асканийских степей, очевидно, в конце XVIII века.
Сайгаки — древнейшие копытные, ровесники мамонтов. Они занимают промежуточное положение между козлами и антилопами. Сайгак похож на овцу, но более легкого сложения. Длина тела взрослых животных достигает примерно 150 см. Сайгак имеет относительно большую голову с вздутой горбатой мордой, нависающей надо ртом. На голове у самцов полупрозрачные, воскового цвета рога, слегка загнутые назад. Самки без рогов. Волосяной покров животных желтовато-рыжего цвета летом и светло-желтый зимой.
Питаются сайгаки злаками, разнотравьем, полынью. В воде нуждаются только во время сильных летних засух. В первых числах мая у сайгаков появляются детеныши, и стадо сразу увеличивается почти в два раза. Самки уже в годовалом возрасте дают потомство — по одному детенышу, взрослые обычно приносят по два детеныша.
Сайгаки дают хорошее мясо, шкуры, идущие на изготовление хрома, технический жир, а также рога, из которых готовятся лекарственные препараты типа пантокрина.
В 1887 году из окрестностей Царицына (Волгограда) привезли пару сайгаков. Позднее этих парнокопытных завозили многократно, и они стали самыми распространенными антилопами парка. Однако опыты выпуска их в степь на полную свободу так и не увенчались успехом — эти мигрирующие животные нуждаются в очень больших просторах, поэтому после выпуска они разбредались по окрестностям и погибали. Не удалось достичь успеха и при содержании сайгаков в отгороженном степном загоне.
Еще сложнее оказалось восстановить дикую лошадь — тарпана. Последняя в мире дикая кобыла тарпана была убита в декабре 1879 года, в 35 км от Аскания-Нова, у села Агайман. Вскоре участь таврического тарпана разделил джунгарский тарпан (лошадь Пржевальского).