A Madarasi Hargita állatvilágát meghatározó legfontosabb tényező a nagy kiterjedésű lucfenyvesek jelenléte.
A lucfenyvesekben élő ragadozó emlős állatok közül a legfontosabbak: a nagytestű, mackós barna medve (Ursus arctos), az ordas farkas (Canis lupus), a ravaszdi róka (Vulpes vulpes), a ritka és rejtélyes hiúz (Linx linx), a vadmacska (Felis silvestris), a nyuszt (Martes martes).
A növényevő emlősök közül a legfontosabbak: a fenséges gímszarvas (Cervus elaphus carpaticus), a kecses mozgású őz (Capreolus capreolus), a mókus (Sciurus vulgaris), a vaddisznó (Sus scropha), a kárpáti mezei nyúl (Lepus europaeus karpathorum).
A madarak közül előfordul a siketfajd (Tetrao uragallus), a császármadár (Tetrastes bonasia), az egerészölyv (Buteo buteo), a szirti sas (Aquila chrysaetos), a macskabagoly (Strix aluco aluco), az uhu (Bubo bubo), fenyves cinege (Parus ater), keresztcsőrű (Loxia curvirostra), fenyőszajkó (Nucifraga canyocatactes), hegyi cinege (Parus montanus).
A hüllők közül megtalálható a vipera, az elevenszülő gyík (Lacerta vivipara). A kétéltűek közül az alpesi gőte (Triturus alpestris) és a kárpáti gőte (Triturus montadoni) él az itt előforduló pocsolyákban és lápokban. A gyors folyású hegyi patakokban él a sebes pisztráng (Salmo trutta fario), a botos kölönte (Cottus gobio), a fürge cselle (Phoxinus phoxinus), a kövi csík (Nemachilus barbatulus).
A rovarok közül jelen vannak a betűző szú (Ips typographus), amely a fenyőfák fájában rágja járatait, az apácalepke (Limantria monacha) lárvája, amely tűlevelekkel táplálkozik, az óriás fenyődarázs (Sirex gigas) lárvája, amely alagutat rág a fában.