Málo zmenené rastlinné fytocenózy a vplyv neďalekej Východoslovenskej nížiny a Východných Karpát sa prejavujú i v zložení živočíšstva Vihorlatu. Cez otvorenú krajinu prenikajú z juhu teplomilné stepné živočíchy, ktoré sa tu stretávajú s horskými druhmi Karpát. Z východokarpatských druhov žijú v pohorí niektoré mäkkýše, dážďovky a mnohonôžky.
Z chránených druhov hmyzu žije v lesoch Vihorlatu napr. fúzač alpský a nosorožtek obyčajný. Z obojživelníkov sa tu vyskytujú všetky druhy našich mlokov. Z plazov je hojná užovka stromová. Jedovatá zmija je v pohorí veľmi vzácna. Vo väčších bystrinách žije pstruh potočný, ale aj mihuľa potiská. Z vtákov sú významnými hniezdičmi Vihorlatu obe naše najväčšie sovy, výr skalný a sova dlhochvostá, ďalej orol krikľavý a v podhorí slávik veľký. Z drobných cicavcov je pozoruhodný najmä výskyt hraboša močiarneho, raniaka malého a piskora vrchovského. Veľkým prírodným bohatstvom lesov Vihorlatu je prítomnosť veľkých a vzácnych šeliem ako je vlk obyčajný, rys ostrovid, mačka divá a vydra riečna.