Chihuahua-ørkenen er hjemsted for en stor mangfoldighet av dyr over mange grupper.
Pattedyr
Revulv, prairiewolf, svartstjert kanin, mexicansk jordhagegris, klippehagegris, kangarurotte, gresshoppermus, høstmus, skogsmus, vedrotter, kaniner og flere.
Fugler
Stor løpefugl, skala vaktel, Gambels vaktel, duer, ugle, kolibrier, skjære, meiser, troster, torden, børstespurver, spurver, kjernebiter, vintreger og siskiner.
Reptiler
Forskjellige klapperslanger, sidevindslanger, knivhaleøgler, skink, Gila-odde, perleodde, chuckwalla, leopardøgle, ørkenleguan, hornet øgle og andre.
Amfibier
Kanyontrefrosk, grønn trefrosk, oksefrosk, leopardfrosk, Woodhouses padde, storengspadde, grønn padde, rødplettet padde og spadefot-padder.
Fisk
Rio Grande skjæregge, Gila-ørret, Apache-ørret, brunørret, regnbueørret, bekkeørret, sugere, snerler, skjellbiter, elverørre og pupfisk.