Животные
Мозаичность ландшафтов Дивногорья определяет большое видовое разнообразие животных. В музее-заповеднике известно около 7000 насекомых, более 110 видов птиц, включая гнездящихся, пролётных и кочующих зимой, более 60 видов других позвоночных животных.
В настоящее время в Тихой Сосне и Дону в соответствии с Кадастром позвоночных животных (1996 год) обитает не менее 8 отрядов и более 30 видов рыб.
Класс Земноводных на территории музея-заповедника представлен 2 отрядами, 4 семействами и 4 видами. Это обыкновенный тритон, обыкновенная чесночница, зеленая жаба и озерная лягушка.
Класс Пресмыкающихся на настоящий момент включает 2 отряда и 4 семейства и представлен болотной черепахой, прыткой ящерицей, обыкновенным ужом, степной гадюкой, обыкновенной гадюкой.
Класс млекопитающих представлен 6 отрядами и 15 семействами. Один из самых крупных млекопитающих, типичный степняк — сурок-байбак.
Птицы
Птицы — наиболее многочисленный класс среди позвоночных животных музея-заповедника. На территории Дивногорья зафиксировано пребывание более 110 видов птиц, относящихся к 13 отрядам и 35 семействами. Фоновым видом степи является полевой жаворонок, в оврагах и каньонах Дивногорья многочисленны золотистые щурки.
Насекомые
На территории Дивногорья зафиксировано около 7000 беспозвоночных животных.
Более половины известного видового состава насекомых из всех известных отрядов обитает в разнотравно-злаковых плакорных степях Дивногорья. Среди них — богомол обыкновенный и дыбка степная — самый крупный в европейской части России хищный кузнечик, занесенный в Красную книгу России.
Многочисленны и разнообразны жуки листоеды и усачи, двукрылые и перепончатокрылые насекомые. Из 12 видов шмелей, известных в настоящее время в Дивногорье, 7 видов, живущих в разнотравных степях, занесены в Красную книгу РФ.
В пойменных лугах обитают кровососущие двукрылые, а также стрекозы, в том числе дозорщик-император и голубое коромысло, которые являются видами Красной книги России.