Dzięki urozmaiconym ekosystemom Bory Dolnośląskie wyróżniają się olbrzymim bogactwem świata zwierzęcego. Na opisywanym obszarze zarejestrowano co najmniej 50 gatunków ssaków, spośród których 7 gatunków ujętych jest w Polskiej Czerwonej Księdze Zwierząt, a są to: borowiaczek (Nyctalus leisleri), mroczek posrebrzany (Vespertilio murinus), nocek Bechsteina (Myotis bechsteinii), nocek łydkowłosy (Myotis dasycneme), popielica (Glis glis), reintrodukowany w 2010 r. suseł moręgowaty (Spermophilus citellus), a także wilk (Canis lupus), który dopiero w ostatnich latach skolonizował Bory Dolnośląskie. Jeszcze w XVII stuleciu drapieżnik ów występował tu pospolicie. Mówiło się wtedy nawet o wilczej pladze. Bezwzględne prześladowania spowodowały, że na obszarze Borów Dolnośląskich wilk przestał występować stale już w I połowie XVIII w. W XIX stuleciu pojawiały się tu jedynie osobniki wędrujące z głębi Polski. Obecnie w miejscowych lasach i wrzosowiskach bytuje blisko 8-9 wilczych grup rodzinnych a Bory Dolnośląskie stały się jedną z najważniejszych krajowych ostoi gatunku na zachód od Wisły. W wielu zakątkach opisywanego kompleksu leśnego można spotkać także największego gryzonia europejskiego, bobra (Castor fiber), który na pograniczu Śląska i Łużyc został doszczętnie wytępiony już w II połowie XVIII w. W 1762 r. odłowiono jednego osobnika w Czernej Wielkiej pod Żaganiem i był to prawdopodobnie ostatni rodzimy bóbr z obszaru Borów Dolnośląskich. Dopiero pod koniec lat 90. minionego wieku w Nadleśnictwie Świętoszów rozpoczęto akcję wsiedlania bobrów, odłowionych wcześniej w północno-wschodniej Polsce. Reintrodukcję gatunku w Borach Dolnośląskich kontynuowano na początku obecnego stulecia, wprowadzając w latach 2001-2003 około 30 rodzin bobrzych. Obecnie gatunek stał się na tyle liczny i niezagrożony, że akcja dalszego wsiedlania wydaje się być zbyteczna.
Bardzo różnorodna i bogata jest awifauna Borów Dolnośląskich. Gnieździ się tutaj lub prawdopodobnie odbywa lęgi około 155 gatunków ptaków. Występuje tu wiele gatunków zagrożonych w skali krajowej i wpisanych do Polskiej Czerwonej Księgi Zwierząt, m.in. bąk (Botaurus stellaris), kania ruda (Milvus milvus), kania czarna (Milvus migrans), bielik (Haliaeëtus albicilla), zielonka (Porzana parva), puchacz (Bubo bubo), podróżniczek (Luscinia svecica) oraz głuszec (Tetrao urogallus). Na obszarze Borów Dolnośląskich żyła ostatnia między Wisłą a Atlantykiem rodzima nizinna populacja głuszca. Niestety, na początku obecnego stulecia ta odizolowana populacja wygasła. Od 2009 r. w Nadleśnictwie Ruszów realizowany jest program restytucji głuszca. Osobliwością awifauny są jedne z największych w kraju populacje sów „tajgowych”: sóweczki (Glaucidium passerinum) oraz włochatki (Aegolius funereus). Szacuje się, że na obszarze Borów Dolnośląskich lęgnie się 100-130 par sóweczek i 170-250 par włochatek. Ponadto gniazduje tu prężna populacja żurawia Grus grus (100-120 par), lelka Caprimulgus europaeus (350-500 par) i lerki Lullula arborea (400-600 par). Niezaprzeczalne walory ornitologiczne Borów Dolnośląskich sprawiły, że niemal cały ich obszar włączono do sieci Natura 2000 jako obszar specjalnej ochrony ptaków.
Na opisywanym obszarze stwierdzono 13 gatunków płazów, czyli większość z występujących w kraju. Są to m.in. traszka grzebieniasta (Triturus cristatus), traszka górska (Triturus alpestris), ropucha paskówka (Bufo calamita), grzebiuszka ziemna (Pelobates fuscus), rzekotka drzewna (Hyla arborea), kumak nizinny (Bombina bombina), żaba jeziorkowa (Rana lessonae) i żaba moczarowa (Rana arvalis). Ponadto odnotowano tu obecność 7 gatunków gadów, w tym żmiję zygzakowatą (Vipera berus), gniewosza plamistego (Coronella austriaca), bardzo rzadkiego już i zagrożonego w Polsce węża, oraz żółwia błotnego (Emys orbicularis), który w 2001 r. został reintrodukowany w Nadleśnictwie Świętoszów. Miejscową ichtiofaunę reprezentuje m.in. różanka (Rhodeus sericeus amarus), śliz (Noemacheilus barbatulus), koza (Cobitis taenia), piskorz (Misgurnus fossilis), głowacz białopłetwy (Cottus gobio) oraz minóg strumieniowy (Lampetra planeri).
Przebogaty jest świat owadów Borów Dolnośląskich. Stwierdzono tu 780 gatunków motyli, blisko 60% liczby gatunków występujących w Polsce. W miejscowych lasach, łąkach i wrzosowiskach najliczniejsze są dwie rodziny motyli: sówkowate (304 gatunki) oraz miernikowcowate (221 gatunków). Spośród wielkiej rzeszy motyli tu żyjących 6 gatunków zostało wpisanych do Polskiej Czerwonej Księgi Zwierząt, a są to: paź żeglarz (Iphiclides podalirius), czerwończyk nieparek (Lycaena dispar), modraszek telejus (Phengaris teleius), modraszek nausitous (Phengaris nausithous), przeplatka maturna (Euphydryas maturna) i postojak wiesiołkowiec (Proserpina proserpinus). W czystych wodach miejscowych rzek i akwenów żyje około 50 gatunków ważek, a wśród nich m.in. trzepla zielona (Ophiogomphus cecilia), szklarnik leśny (Cordulegaster boltonii), zalotka większa (Leucorrhinia pectoralis) i zalotka białoczelna (Leucorrhinia albifrons). Na wrzosowiskach i murawach kserotermicznych występują liczne gatunki bezkręgowców, m.in. błonkówka smukwa kosmata (Scolia hirta) oraz owady prostoskrzydłe – nadobnik włoski (Calliptamus italicus), łatczyn brodawnik (Decticus verrucivorus) i długoskrzydlak sierposz (Phaneroptera falcata). Na miejscowych wrzosowiskach żyją również piękne i zagrożone wyginięciem pająki: strojniś nadobny (Philaeus chrysops), pająk z rodziny skakunowatych oraz poskocz krasny (Eresus cinnaberinus), przedstawiciel rodziny poskoczowatych. Bory Dolnośląskie są ważną ostoją wielu interesujących i zagrożonych chrząszczy. Na wyróżnienie zasługują okazałe chrząszcze związane ze starodrzewami liściastymi, zwłaszcza dębowymi: jelonek rogacz (Lucanus cervus), pachnica dębowa (Osmoderma eremita), zacnik kropkowany (Gnorimus variabilis) i kwietnica okazała (Protaetia aeruginosa).