Embora toda a área do PNPG seja reconhecida pela sua riqueza faunística, grande parte dos estudos existentes foram realizados na área das Matas de Albergaria-Palheiros. O valor faunístico da área do Parque é notável pela quantidade e diversidade dos animais dignos de interesse que nela se pode encontrar, tendo sido recenseadas 226 espécies de vertebrados protegidas pela Convenção de Berna, das quais 65 pertencem à lista de espécies ameaçadas do Livro Vermelho de Portugal.Apesar de terem desaparecido, em 1860, o urso pardo, Ursus arctus, e em 1890, a cabra do Gerês, Capra pyrenaica, o isolamento em que permanecem as altas zonas serranas e as condições favoráveis do meio permitiram que aqui se mantivessem espécies hoje raras e únicas no mundo, como é o caso dos garranos selvagens(Equus caballus). A comunidade de morcegos presentes no Parque conta com oito espécies, das quais a mais importante em termos de conservação é o Morcego-arborícola-pequeno (Nyctalus leisleri). Ocorrem outras espécies com particular interesse, como o Musaranho-dos-dentes-vermelhos (Sorex granarius), a Marta (Martes martes), o Gato bravo (Felts silvestris), a Salamandra-lusitânica (Chioglossa lusitanica), o Esquilo (Sciurus vulgaris) e as víboras (Vipera latastei e V. Seoanei), a última destas endémica do Norte da Península Ibérica e cuja distribuição em Portugal se restringe a zonas do PNPG. Salienta-se ainda a ocorrência do Lobo (Canis lupus) com uma diminuição drástica do seu número de efectivos e área de distribuição, vitimas de perseguição e destruição do habitat. Pelo contrário, o corço (Capreolus capreolus) encontra-se bem representado, com algumas populações estáveis.
