107 spesies burung, termasuk rangkong, elang brontok, dan kuau raja.
83 spesies mamalia, termasuk gajah Sumatra (Elephas maximus sumatranus) dan harimau Sumatra (Panthera tigris sumatrae) yang sangat terancam punah.
18 spesies amfibi dan reptil, seperti biawak air dan ular sanca.
TNTN juga merupakan zona kunci konservasi gajah Sumatra, dengan populasi diperkirakan mencapai 150–200 individu. Gajah-gajah ini terusik oleh pembukaan kebun sawit ilegal dan pembangunan jalan tidak resmi di dalam kawasan hutan.
Menurut WWF Indonesia, TNTN adalah “satu dari sedikit tempat di dunia yang menjadi rumah dua spesies kunci karnivora dan herbivora besar: harimau dan gajah, dalam satu bentang alam.”