Di Taman Negara ini terdapat 130 jenis mamalia, di antaranya orangutan sumatera (Pongo pygmaeus abelii), sarudung (Hylobates lar), siamang (Hylobates syndactilus), monyet ekor panjang (Macaca fascicularis), beruk (Macaca nemestriana) dan Kedih (Presbytis thomasi).

Haiwan karnivor di antaranya: harimau dahan (Neofelis nebulosa), beruang madu (Helarctos malayanus), harimau sumatera (Phantera tigris Sumatraensis).

Haiwan herbivor yang ada di Taman Negara ini adalah gajah sumatera ( Elephas maximus ), badak sumatera ( Dicerorhinus sumatraensis ), dan rusa sambar ( Cervus unicolor ).

Dianggarkan terdapat sekitar 89 spesies yang jarang dan dilindungi di Taman Negara Gunung Leuser, termasuk:

1. Orangutan sumatera (Pongo pygmaeus abelii)
2. Badak sumatera (Dicerorhinus sumatrensis)
3. Harimau Sumatera (Panthera tigris sumatrae)
4. Gajah Sumatra (Elephas maximus)
5. Beruang madu (Helarctos malayanus)
6. papan Hornbill (Buceros bicornis)
7. Ajag (Cuon Alpinus)
8. Siamang (Hylobates syndactylus).

Terdapat kira-kira 325 spesies burung di Taman Negara Gunung Leuser [1] , termasuk: badak badung ( Buceros rhinoceros ).

Haiwan fauna reptilia dan amfibia dikuasai ular beracun dan buaya (Crocodillus sp). Di sini terdapat ikan jurung (Tor sp), endemik ke Sungai Alas yang boleh mencapai panjang 1 meter. Terdapat juga rama - rama di sini