A két területen együttvéve hatvannál több emlős állatfaj él. A barna medve, a farkas, a róka gyakori ragadozó ezen a vidéken. A macskafélék közül többé-kevésbé rendszeresen csak a hiúz fordul elő. A magas hegyek egyik nagyragadozója a fokozottan védett hópárduc, melyet az oroszországi Vörös Könyvben is nyilvántartanak. Rendkívül ritkán mutatkozik, példányszáma csekély. A patásokat főként jávorszarvasok, maralszarvasok (a gímszarvas egy változata), őzek képviselik, valamint egy viszonylag kistestű állat, a szibériai pézsmaszarvas (Moschus moschiferus), mely közepes magasságokban, a tajga mélyén él. A magashegyek lakója a szibériai kőszáli kecske. Délen, a Bogojas-folyó környékén néha előfordul egy rendkívül ritka fajta, az argali (Ovis ammon ammon).

A menyétfélék között gyakori a coboly és a szibériai görény; sok a kisragadozó (pl. rozsomák, borz, hermelin), fő táplálékuk a mindenütt jelenlévő sokféle rágcsáló: pocok, egér. A ritkább rágcsálók közül a Tyeleckoje-tó környéki tajgában szibériai repülőmókus (Pteromys volans), erdei lemming, a szárazabb sztyeppeken szürke mormota és mongóliai változata, a tarbagán (Marmota sibirica) fordul elő.

Hüllők közül mindenütt elterjedt az elevenszülő gyík és a keresztes vipera. A legritkább hüllőféle az Orsini-vipera (Vipera ursinii), melynek példányait eddig mindössze néhány alkalommal látták.

A számtalan kisebb vízfolyás és tó közel 20 féle hala közül legtöbb a pénzes pér. Gyakori a lenok-lazac, egy nagyobb testű lazacféle (Hucho taimen) és a menyhal is. A Tyeleckoje-tó endemikus halfaja egy kis marénaféle (Coregonus).

Az Altaj Természetvédelmi Területen 310 madárfaj él (közülük ötvennél többet felvettek az Altaj Köztársaság Vörös Könyvébe), a zordabb és erdővel kevésbé fedett katunyi területen ennél jóval kevesebb. A tavaszi és őszi vonulások idején a gázlómadarak közül látható itt például nagy kócsag és szürke gém. A Tyeleckoje-tónál néha előfordul a kecses flamingó, vonuláskor a tó nagyobb öbleitrécék, ludak hangos csapatai szállják meg.

A tyúkalakúak itteni endemikus madara az altaj királyfogoly (Tetraogallus altaicus). A tundrák lakója a sarki és az alpesi hófajd főként a Dzsulu-kul tómedencében gyakori. A medence apró tavain számos vadkacsaféle és más vízi szárnyas, például sarki búvár látható, itt fészkel az énekes hattyú, a központi tó két apró szigetén pedig nagy kárókatonák és ezüstsirályok vegyes kolóniája figyelhető meg.

A ragadozómadarak közül kilenc madárfajt tartanak nyilván az ország Vörös Könyvében, köztük a szirti- és a halászsas, a fehérfarkú rétisas, a vándorsólyom, akerecsensólyom és a szakállas saskeselyű.