Aún no se ha realizado un inventario faunístico completo, pero la reserva es considerada como una de las áreas más importantes por su gran biodiversidad, en lo que se conoce, contiene especies únicas o muy raras en relación a otras áreas del país.

Hasta la fecha se han registrado más de cincuenta especies de mamíferos en la reserva,  entre otros se encuentran la pacarana o guanta Dynomis branickii (esta es una especie declarada en peligro de extinción debido a la deforestación y la cacería), la guatusa Dasyprocta punctata, el guatín Myopracta acouchy, la guanta Agouti paca, dos especies de puerco espín del género Coendou. La comadreja lanuda Caluromys derbianus, las raposas o zorras Didelphis albiventris, D. marsupialis, Marmosa robinsoni y Marmosops sp. La raposa o zorra de cuatro ojos, también conocida como raposa huevera Philander opossum. El ratón marsupial Caenolestes sp.. Del orden de los murciélagos se han registrado trece especies diferentes, como son: el murciélago blanco Diclidurus albus, el murciélago orejudo Micronyccteris megalotis, el murciélago frutero, Carollia brevicauda, el murciélago andino común, Sturnira erythromos, el murciélago frugívoro S.  ludovici, el murciélago longirostro Anoura caudifer, el murciélago acanelado Myotis riparius y el murciélago cola de ratón grande Molossus ater. El perezoso Choloepus hoffmanni. El pacarí del labio blanco Tayassu pecari.  El oso de anteojos Tremarctos ornatus, el gato pajero, Oncefelis colocolo, el tigrillo chico, Felis tigrina, el puma o león americano Puma concolor.  Recientemente se ha encontrado una musaraña Cryptotis sp. nov. (Insectívora) la misma que está siendo descrita

Especialistas visitantes estimaron que en la Reserva pueden existir más de 200 especies de pájaros, entre los se encuentran: el  Congo de ala blanca, Diglosssa albilater; la Sigcha amarilla, Tangara arthus; el colibrí, Coeligena wilsoni; el trogón, Trogon collaris; los pájaros carpinteros Piculus rivolii y Veniliornis fumigatus; la golondrina condor, Streptoprocne zonaris; Tucán andino pechigrís, Andigena hypoglauca, etc.

Entre los reptiles se ha registrado a la lagartija Anadia rhombifera, que es el segundo espécimen conocido para todo el Ecuador, recientemente se encontraron cuatro especies nuevas de lagartijas que están en descripción. Todavía no se ha realizado ningún  inventario pero especialistas que han visitado la reserva estimaron que pueden existir alrededor de 30 especies de culebras.

El ser viviente más notable encontrado en la reserva es un anfibio sin patas (Caecilidae) denominado “Otonga”, (existe también una lombriz gigante que por el heho de compartir el mismo habitat toma el mismo nombre vulgar), el cual da el nombre a la reserva. Entre las ranas marsupiales se han registrado: Gastrotheca guentheri y G. plumbea. Estas especies son muy raras en las colecciones de los museos, generalmente se las encuentra en bromelias epífitas a 20 metros de altura. Las hembras incuban los huevos fertilizados en las bolsas que tienen en sus espaldas. De igual manera no hay un registro completo de los anfibios existentes en la reserva, pero se estima que el número de especies puede ser alrededor de 50.

Otro animal espectacular que se encuentra aquí es la lombriz gigante Onoreodrillus spp., a la cual también se lo denomina “Otonga” y es un género nuevo encontrado por primera vez en la reserva, otras especies también presentes son Thamnodrilus baloghi y Martiodrilus ischurus. Los moluscos se encuentran representados por las siguientes species de caracoles: Pseudohelicina helicinaeiformis, Neocyclotus perezi, Obeliscus cuneus, Leptinaria sp. Sultana kelletii, Drymaeus sp. Plekocheilus taylorianus, y Labyrinthus sp.

Todavía es muy temprano para mencionar el número de especies que podrían formar el patrimonio entomológico de la reserva. De acuerdo con el entomólogo John Rawlins del Carnegie Museum of Natural History, Pittsburgh, probablemente existen cientos de especies endémicas aún no descritas. Aquí solamente podemos mencionar algunas familias representativas de varios órdenes: (Orden Dipetra) Tabanidae, (Hymenoptera) Pelecinidae, (Coleptera) Cerambycidae, Elateridae, Lucanidae recientemente descritas las especies Onorelucanus ecuatorius y O. onorei, Scarabaeidae, los escarabajos gigantes Dynastes hercules, D. neptunus, Cyclocephala guaguarum.