Фауна заповедника принадлежит к европейскому типу с элементами других типов. Свободноживущие водные беспозвоночные относятся к 828 таксонам. Это простейшие (136), коловратки (403), ветвистоусые ракообразные (142), веслоногие ракообразные (70) и другие группы животных (77). На дне водоемов и в фауне зарослей зарегистрировано 225 видов беспозвоночных, относящихся к 8 классам.
Пестрота микроклимата способствует сосуществованию на ограниченной территории различных экологических групп насекомых – от водных до типично мезофильных и пустынных.
Астраханский биосферный заповедник расположен в низовьях дельты Волги. Уникальность природных экосистем дельты Волги и разнообразие микроклиматов создает здесь условия для обитания насекомых различных экологических групп – от пустынных до типичных мезофильных. Их насчитывается здесь более 1300 видов. Многие из обитающих в дельте видов насекомых в своей жизнедеятельности связаны с водоемами. Поэтому существенное влияние на фауну оказывают факторы, связанные с колебаниями уровня и состояния поверхностных и грунтовых вод, изменениями гидрологического режима, особенно в весеннее половодье. Чрезвычайно высока в дельте численность двукрылых насекомых:комаров (Culicidae), мошек (Simuliidae). Во время половодья все мелководные водоемы буквально кишат личинками и куколками комаров. И взрослые особи и их личинки имеют большое значение в пищевых цепях биоценозов дельты.
В течении всего теплого периода повсеместно встречаются стрекозы(Odonata). Их хищные личинки тоже развиваются в воде. Наиболее многочисленны - стрелка изящная (Ischnura elegans L.) и красотка блестящая (Calopteryx splendens Harr). Самая крупная стрекоза – дозорщик-император (Anax imperator Jeach) . Этот вид занесен в Красную Книгу РФ и Астраханской области.
Богато представлен в энтомофауне отряд жуков (Coleoptera). Здесь их обитает 400 видов: жужелицы (Carabidae), листоеды (Chrysochares),божьи коровки (Coccinellidae). Водные жуки в энтомофауне дельты достаточно многочисленны и представлены более чем 100 видами.
Довольно часто встречаются представители саранчовых (Acrididae), кузнечиковых (Tettigoniidae), полужесткокрылых (Heteroptera). Многочисленны мелкие цикады (Cicadinea), поденки (Ephemeroptera),хирономиды (Chironomidae). Фауна бабочек (Lepidoptera) достаточно неоднородна – здесь встречаются как виды, характерные для степных и пустынных ландшафтов, так и немногочисленные виды «лесных бабочек». Всего в дельте можно встретить около 180 видов бабочек.
Единственный представитель рыбообразных в водоёмах заповедника - каспийская минога (Caspiomyzon wagneri (Kessler, 1870), проходной вид, ведущий скрытый образ жизни. Миноги изредка регистрируются в протоках заповедника в нижней зоне дельты, и в авандельте.
Рыбы
Разнообразие экологических условий водоемов заповедника (глубина, проточность, зарастаемость) служит предпосылкой многообразия видового состава рыб, которые представлены 66 зарегистрированными видами (16 семейств). Наиболее богаты видами карповые (Cyprinidae Fleming, 1822) (30 таксонов видовой группы) и бычковые (Gobiidae Fleming, 1822) (11 таксонов видовой группы).
Фоновыми видами водоемов заповедника являются пресноводные рыбы, преимущественно карповые: массово распостранены в водоёмах заповедника сазан (Cyprinus carpio Linnaeus, 1758) , лещ (Abramis brama(Linnaeus, 1758), вобла (Rutilus caspicus Jakowlev, 1870), линь (Tinca tinca Linnaeus, 1758), обыкновенная красноперка (Scardinius erythrophthalmus (Linnaeus, 1758), серебряный карась (Carassius gibelio, Bloch 1758), густера (Blicca bjoerkna Linnaeus, 1758), обыкновенный жерех (Aspius aspius (Linnaeus, 1758), уклейка (Alburnus alburnus(Linnaeus, 1758); реже встречаются также обыкновенная плотва (Rutilus rutilus (Linnaeus, 1758), сопа (синец) (Ballerus ballerus (Linnaeus, 1758), чехонь (Pelecus cultratus (Linnaeus, 1758), язь (Leuciscus idus (Linnaeus, 1758), обыкновенный елец (Leuciscus leuciscus (Linnaeus, 1758), голавль (Squalius cephalus (Linnaeus, 1758), белый толстолобик(Hypophthalmichthys molitrix (Valenciennes, 1844), белый амур (Ctenopharyngodon idella (Valenciennes, 1844), белоглазка(Ballerus sapa (Pallas, 1814), обыкновенный карась (золотой карась) (Carassius carassius (Linnaeus, 1758); также среди семейства карповых в разные годы были отмечены редкие случаи регистрации следующих видов: европейский обыкновенный горчак (Rhodeus amarus (Bloch, 1782), пескарь (Gobio gobio brevicirris Fowler, 1976),обыкновенный усач(Barbus barbus (Linnaeus, 1758), обыкновенный подуст (Chondrostoma variabile Jakowlew, 1870), быстрянка ( Alburnoides bipunctatus rossicus Берг, 1924 ), каспийская шемая (Alburnus chalcoides (Gueldenstaedt, 1772), обыкновенная верховка(Leucaspius delineatus (Heckel, 1843), рыбец (Vimba vimba persa (Linnaeus, 1758), озерный гольян (Phoxinus (Eupallasella) percnurus (Pallas, 1814), речной гольян (Phoxinus (Phoxinus) phoxinus- (Linnaeus, 1758).
Широко распостранены, хоть и не так богаты видами окунёвые (Percidae Cuvier, 1816) – это массовые хищные рыбы: речной окунь (Perca fluviatilis Linnaeus, 1758), судак (Sander lucioperca Linnaeus, 1758), более редки – обыкновенный ёрш (Gymnocephalus cernuus(Linnaeus, 1758) и берш, или волжский судак (Sander volgensis (Gmelin, 1789). Распостранённым крупным хищником является и обыкновенная щука (Esox luсiusLinnaeus, 1758) – единственный представитель своего одноимённого семейства (EsocidaeCuvier, 1816) в водоёмах России. В числе семейств, представленных на территории заповедника одним видом сомовые (Siluridae Cuvier, 1816) – европейский обыкновенный сом (Silurus glanis Linnaeus, 1758), довольно часто встречающийся вид; редки налимовые(Lotidae Bonaparte, 1837) – налим (Lota lota (Linnaeus, 1758), сиговые (Coregonidae Cope, 1872) – белорыбица (Stenodus leucichthys (Gueldenstaedt, 1772), лососёвые (SalmonidaeCuvier, 1816) – кумжа (Salmo trutta caspius Kessler, 1877), балиторовые (BalitoridaeSwainson, 1839) – усатый голец (Barbatula barbatula (Linnaeus, 1758) . В авандельтовой части заповедника массовы и разнообразны бычковые , в число зарегистрированных представителей которого входят бычки: бычок – бубырь (Knipowitschia caucasica (Berg, 1916), длиннохвостый бычок Книповича (Knipowitschia longecaudata (Kessler, 1877),бычок-песочник (Neogobius (Neogobius) fluviatilis (Pallas, 1814), каспийский бычок-головач (Neogobius (Ponticola) gorlap Iljin, 1949), каспиосома (Caspiosoma caspium (Kessler, 1877), бычок-гонец (Neogobius (Babka) gymnotrachelus (Kessler, 1857), бычок-цуцик(Proterorhinus marmoratus (Pallas, 1814), встречаемый также и в протоках, и пуголовки:каспийская пуголовка (Benthophilus macrocephalus (Pallas, 1787), пуголовка Берга(Benthophilus leobergius Berg, 1949), пуголовка Бэра (Benthophilus baeri Kessler, 1877), пуголовка Абдурахманова(Benthophilus abdurahmanovi Ragimov, 1978). Однако, есть веские основания полагать, что реестр семейства далеко не полон, и нуждается в уточнении. Также в островной части заповедника распространены небогатые видами представители семейств:атериновые (Atherinidae Risso, 1827) - атерина (Atherina boyeri Risso, 1810), колюшковые (Gasterosteidae Bonaparte, 1831) -малая южная колюшка (Syngnathus abaster Risso, 1827), игловые (Syngnathidae Bonaparte, 1831) – пухлощекая (каспийская) рыба-игла (Syngnathus abaster Risso, 1827), вьюновые (Cobitidae Swainson, 1839) – обыкновенная щиповка(Cobitis taenia Linnaeus, 1758) и вьюн (Misgurnus fossilis (Linnaeus, 1758).
Значительную часть рыбного населения составляют проходные виды морского происхождения. Проходные рыбы – осетровые (Acipenseridae Bonaparte, 1831):русский осётр (Acipenser gueldenstaedtii Brandt et Ratzeburg, 1833), шип(Acipenser nudiventris Lovetsky, 1828), стерлядь (Acipenser ruthenus Linnaeus, 1758), белуга (Huso huso (Linnaeus, 1758), севрюга (Acipenser stellatus Pallas, 1771), и сельдевые (Clupeidae Cuvier, 1816): каспийская тюлька (килька)(Сlupeonella cultriventris caspia (Svetovidov, 1941), большеглазый пузанок(Alosa saposchnikowii (Grimm, 1887), черноспинка (Alosa kessleri (Grimm, 1887), каспийский пузанок (Alosa saposchnikowii (Grimm, 1887), (заход обоих видов пузанков на территорию заповедника в настоящий период нуждается в подтверждении) – изредка встречаются в водоемах заповедника только в период миграции из моря на нерестилища в Волгу и возвращения в море.
Значительная часть водоемов заповедника используется рыбами при нерестовых миграциях и для нереста. Основные нерестовые площади в надводной дельте располагаются на заливных лугах – полоях. Здесь рано прогревается вода, развиваются гидробионты, а подросшая до начала половодья растительность служит субстратом для икры.
Как мальки, так и более крупная рыба имеют исключительное значение в питании зверей, птиц, земноводных и пресмыкающихся заповедника.
На территории заповедника наиболее многочисленным видом является озерная лягушка (Rana ridibunda Pall., 1771), населяющая многочисленные протоки, ерики, ильмени и култуки; в значительном количестве она распространена и в авандельте. Гораздо реже отмечается обыкновенная чесночница (Pelobates fuscusLaur., 1769). Имеются сведения о регистрации на территории заповедниказеленой жабы (Bufo viridis Laur., 1768) и обыкновенной квакши (Hyla arboreaL., 1771) но эти сведения требуют подтверждения.
Из пресмыкающихся в заповеднике массовыми видами являются уж обыкновенный (Natrix natrix L., 1758) и уж водяной (Natrix tessellataLaur., 1768), встречаются узорчатый полоз (Elaphe dione Pall., 1773), болотная черепаха (Emys orbicularis L., 1758), прыткая ящерица (Lacerta agilis L., 1758).