En el espacio natural de las Lagunas de Cantalejo existen poblaciones importantes de especies catalogadas en las directivas de Aves y Hábitats de la Unión Europea. Entre los mamíferos destaca la presencia de ardillas, corzos, lobos y el murciélago grande de herradura, el sapillo pintojo ibérico destaca entre los anfíbios, mientras que la pardilla, la boga de río y la bermejuela son las especies de peces más significativas.

Con todo, es el grupo de las aves el que tiene mayor relevancia en la zona. Encabeza la lista la cigüeña negra, que se reproduce en los pinares de Cantalejo y se presenta en grupos más o menos numerosos en el entorno de las lagunas durante la dispersión posreproductora. Los bosques acogen asimismo una interesante comunidad de rapaces, con milano real, milano negro, aguililla calzada, azor, culebrera,...De forma ocasional se deja ver el águila imperial ibérica, y se han detectado bandadas prerreproductoras de halcón de Eleonora, que seleccionan el área por su potencial como lugar de alimentación. De forma complementaria, las lagunas atraen a una variada y cambiante representación de aves acuáticas, con especies reproductoras, entre las que destaca el avetorillo, y multitud de anátidas invernantes (azulón, cuchara, cerceta común, tarro blanco).

Es además un importante lugar de paso en el que recalan garzas, espátulas, grullas, gansos y limícolas, entre otras aves migratorias.