Az Chihuahua-sivatag otthont ad egy rendkívül gazdag és változatosságra szorító állatvilágnak, amely számos taxonómiai csoportot képvisel.
Emzők
Sivatagi róka, kojót, fekete-farokú sivataginyúl, mexikói földi mókus, sziklai mókus, kenguru-egerek, szúnyogegerek, arategek, erdőegerek, fagyepek, sivataginyulak és sok más.
Madarak
Nagy futrinka, merész fogoly, Gambel-fogoly, gerlék, baglyok, kolibrik, szajkók, cinegek, tarkacsinálók, tarkacsintányok, csernelék, darázsfészek-nyírók, pintyék és zehonk.
Hüllők
Különböző cengők, homokvipera, csontosgyikók, gyíkok, Gila-görény, gyöngyös görény, csukár, leopardgyík, sivatagi legvána, szarvú gyík és sok más.
Amfíbiak
Völgyi(tree) fapólya, zöld fapólya, börzönd, csípos pólya, Woodhouse-vízipólya, nagy-síksági vízipólya, zöld vízipólya, vörös foltos vízipólya és kaparópólyák.
Halak
Rio Grande-vörös csontos torokhal, Gila-pisztráng, Apache-pisztráng, barnapisztráng, sárgarézpisztráng, völgypisztráng, csuklóhalak, szélhalak, csukahalak, vöröshalak és pupfish-fajok.