Mamíferos 

Entre los grandes mamíferos destaca el ciervo (Cervus elaphus) por su abuncancia, también el corzo (Capreolus capreolus) y el jabalí (Sus scrofa).

La liebre (Lepus granatensis) es abundante, mientras el conejo mantiene una población escasa. La situación de las especies-presa de este ámbito da lugar a una comunidad de carnívoros donde predominan los consumidores de micromamíferos, caso del zorro (Vulpes vulpes), garduña (Martes foina) y Gineta (Genetta genetta), así como una notable presencia de predadores de conejos, en los lugares donde aquellos están presentes, como el gato montés (Felis sylvestris) o el lince (Lynx pardina).

Otra especie, de ecología fundamentalmente acuática, es la nutria (Lutra lutra). Su población en el ámbito del Parque parece estable, estando presente en todo el corredor del Estena, donde llega a utilizar en invierno y primavera los afluentes temporales. En verano se acantona en las múltiples pozas del río.

Aves 

Las aves, el grupo más numeroso con 198 especies presentes, cuenta con la presencia de un 3% de especies amenazadas a nivel mundial, donde destacan las aves típicamente mediterráneas (buitre negro, águila       imperial) y también otras esteparias (sisón, avutarda). El 24,2% de las aves presentes se consideran "amenazadas" en España.

Destaca la comunidad de aves nidificantes en la sierra, que cuenta con elementos de tanto interés como la cigueña negra (Ciconia nigra), el buitre negro (Aegypius monachus), con un núcleo de cría de 120 parejas reproductoras en 1995, y otras aves de presa, como el águila imperial ibérica (Aquila adalberti), el águila real (Aquila chrysaetos), el águila calzada (Hieraaetus pennatus) y el águila culebrera (Circaetus gallicus).

Entre las aves nidificantes en la raña, de afinidad esteparia, pueden citarse la collalba rubia (Oenanthe hispanica), la avutarda (Otis tarda), el sisón (Tetrax tetrax) y el alcaraván (Burhinus oedicnemus).

Reptiles 

Quizá el reptil más amenazado de Cabañeros es el       galápago europeo (Emys orbicularis). El galápago leproso (Mauremys leprosa) parece estar relegado a los arroyos de la raña.

El lagarto ocelado (Lacerta lepida) ocupa casi todo el Parque, al contrario que el lagarto verdinegro (Lacerta schreiberi), típico de los sotos de arroyos montanos. La lagartija ibérica (Podarcis hispanica) suele encontrarse con mayor frecuencia en los claros del bosque de ladera, ocupando las pedrizas, superponiéndose con la distribución de la lagartija colilarga (Psammodromus algirus), aunque ésta tiende a encontrarse en las zonas más bajas.

Otros reptiles presentes son la salamanquesa común, el eslizón ibérico, la víbora y culebras como la culebra de herradura, escalera, bastarda, de collar, viperina y la culebrilla ciega.

Anfibios 

La poblaciones de anfibios de Cabañeros son muy interesantes y bastante desconocidas en cuanto a su posición taxonómica. Destacan la salamandra (Salamandra salamandra bejarae), subespecie exclusiva de Montes de Toledo y Sierra de San Vicente; el tritón ibérico (Triturus boscai) y el tritón verdinegro (Triturus pygmeus).

Otros anfibios que pueden observarse en el Parque son el sapo partero ibérico (Alytes cisternasii), el sapillo pintojo ibérico (Discoglossus galganoi); sapo de espuelas (Pelobates cultripes); sapo común o escuerzo (Bufo bufo spinosus); sapo corredor (Bufo calamita); ranita de San Antonio (Hyla arborea molleri), habitante de las zonas montanas; ranita meridional (Hyla meridionalis) y la rana común (Rana perezi).

Peces 

Las especies presentes son el jarabugo (Anaecypris hispanica), únicamente presente en el Estena; barbos (Barbus comiza y B. microcephalus), cachuelo       (Leuciscus pyrenaicus), boga (Chondrostoma polylepis willkommii), pardilla (Rutilus lemmingii), calandino (Tropidophoxinellus alburnoides) y colmilleja       (Cobitis paludica).