Tyresta brukar beskrivas som ugglornas och hackspettarnas rike. Här hittar du bland annat spillkråka, kattuggla och sparvuggla. Även tjädern har en stor stam här, även om den gömmer sig väl i skogen. Andra fågelarter du kan få syn på är gärdsmyg, lövsångare och bofink. Vid sjöarna kan du höra storlommens karaktäristiska rop.

I Tyresta trivs också flera olika däggdjur. På vintern kan du till exempel se spår av älg, rådjur, ekorre och hare. Har du tur kan du även få syn på mård och lodjur. I landskapet syns också spår från bökande vildsvin och bävrar som gnagt på trädstammarna.

I parkens vattendrag finns salamandrar, grodor och paddor. I sjöarna finns mest abborre och gädda. I Stensjön finns även siklöja och i Åva-ån leker havsöring.

I skog och mark syns ofta både snok och huggorm. Även den mer ovanliga hasselsnoken har synts till i nationalparken.