En el Parque Nacional Sajama las especies de fauna encontradas son características de la puna.

Mamíferos

Existe abundante fauna andina como vicuñas (Vicugna vicugna), quirquinchos (Chaetophractus nationi), la taruca (Hippocamelus antisensis), gato andino o titi (Felis jacobita), pumas (Felis concolor), alpacas, llamas y ovejas, zorro andino (Pseudalopex culpeus)¸ el hurón (Galictis cuja) y el zorrino (Conepatus chinga) son muy comunes en el área.

Aves

El cóndor, suri (Pterocnemia pennata), la chocka (Fulica gigantea), parihuanas, colibríes (sappho sparganura y pategonas gigas), parina grande (Phoenicoparrus andinus) y pájaro carpintero (Oreomanes fraseri).

En los ríos y lagunas del área del parque habitan aves representativas de la fauna andina: flamencos (parihuanas) patos, gaviotas, gallinitas de agua, la avoceta andina y otras.

Peces

Sólo se encuentran dos especies nativas de peces, el burruchyalla (Orestias sp. grupo agasii) y el suche (Trichomycterus sp.); los cuales habitan diferentes bofedales de la zona. Las especies de anfibios y reptiles encontradas en el área son pocas, entre los anfibios se encuentra Pleurodema marmorata y Telmatobius marmoratus y los reptiles presentes son Liolaemus signifer, L. alticolor, Velosaura jamesi y Tachymenis peruviana.

En peligro de extinción

Los animales en peligro de extinción son: el suri, el quirquincho, la vicuña, la parina grande, el pájaro carpintero, la taruca, el puma y el titi.

Aunque es necesario destacar que las poblaciones del quirquincho, el puma y la vicuña se han ido recuperando gradualmente durante estos años.

Esta región se presta a la implementación de programas conservación, recuperación de especies y manejo de la vicuña. El manejo de la vida silvestre constituye una alternativa importante para el mejoramiento de las condiciones de vida de la población local. El área es reservorio de importantes recursos genéticos relacionados esencialmente a la cría y selección de la alpaca.