內雙溪森林自然中心多樣的森林生態環境，造就了適合各種動物成長生活的家園，經過一年四季的紀錄，這裡共有的物種共計蝶類7科59種、蜻蜓7科16種、蛙類5科17種、蜥蜴3科7種、蛇類3科9種、鳥類22科52種與哺乳類3科3種（內雙溪森林自然中心動物名錄）。
內雙溪森林自然中心特別會招蜂引蝶，由於不同類型的植物群落造成蝶類歧異度相當高，小小的面積裡就可以看到全台灣蝴蝶種類的13%左右！而蜜蜂是風衝林常見的昆蟲，蜜蜂在小小的花朵中穿梭，高效率地為植物傳播花粉，讓惡劣天候下的植物有趁著盛夏快速成長的機會。其他昆蟲也不示弱，白天台灣騷蟬爭鳴，夜裡螽斯與蟋蟀合唱，夏季是欣賞森林音樂會的最佳時機！
夏季合奏的還有蛙蛙家族，拉都希式赤蛙、黑眶蟾蜍等，從早到晚輪番鳴唱，而蛙類豐富之處自有豐富的蛇類出沒，蛇類的親戚攀木蜥蜴、麗紋石龍子也經常在園區內現身。
內雙溪更是鳥類的樂園，溪澗裡的台灣紫嘯鶇在礫石間跳躍，是顯示水域環境的健康指標；臺北市鳥台灣藍鵲家族組成的飛行隊伍輪番飛過枝頭，是林間最美麗的身影，是肉眼就能觀察的鳥類行為。而林間越是熱鬧滾滾，就越有機會看到猛禽的出現，大冠鷲倏地飛過，或在空中盤旋覓食，是臺北大都會中最壯闊的自然意象。
