Keragaman ekosistem dalam TN. Lorentz tercermin pula oleh keragaman Fauna yang terdapat didalamnya ada berbagai macam kelas dan spesies yang menjadi ciri khas dan endemic di daerah ini. Beberapa temuan menarik hasil survei yang pernah dilakukan di kawasan ini dideskripsikan sebagai berikut: Flannery (1994) dan Kitchener (1997) dalam Momberg, Mambai, dan Van Noord, 1998 melaporkan bahwa dari 42 jenis mamalia yang ditemukan 25 % persen merupakan catatan baru bagi Irian Jaya dan dua spesies adalah spesies baru. Spesies baru tersebut adalah Kangguru pohon (Dendrologus mbaiso) yang sebelumnya tidak dikenal. Jenis kangguru ini berwarna hitam dan putih, bertubuh besar ditemukan pada daerah perbukitan di sebelah selatan Maokop dan di deretan pegunungan barat laut kawasan. Berdasarkan perbedaan khas dari ekosistem yang ada di Kawasan TN. Lorentz, maka terdapat dua habitat Daerah Burung Endemik (DBE), yaitu DBE dengan sebaran terbatas yang dibatasi oleh barisan pegunungan Sudirman dan DBE di daerah dataran rendah bagian Selatan Kawasan. Terdapat kurang lebih 45 spesies burung dengan sebaran terbatas dan sembilan diantaranya merupakan spesies endemik. Dua jenis burung dengan sebaran terbatas diklasifikasikan sebagai sangat rentan kepunahan. Burung Namdur Archbold ( Arcboldia papuensis) dinilai sangat langka dan tersebar pada habitat terpencar-pencar sehingga diklasifikasikan rentan terhadap kerusakan hutan. Burung ini dicatat oleh WWF tahun 1996 yang ditemukan di sekitar Danau Habbema. Habitat burung ini terancam oleh konstruksi jalan, penebangan kayu ilegal, dan kebakaran hutan. Cenderawasih elok (Magregoria pulchra ) oleh Collar et al. (1994) dan Shannaz, et al (1995) juga diklasifikasikan terancam punah karena sisa populasinya di alam sedikit.
Keragaman spesies amphibia di wilayah TN. Lorentz masih sangat sedikit diketahui. Berdasarkan data dasar yang berasal dari tahun 1914, para ahli memperkirakan sekitar 150 spesies amphibia dan reptil hidup di kawasan TN. Lorentz. Penelitian yang dilakukan pada tahun 1997 di areal kontrak karya PT. Freeport diketahui terdapat sebanyak 90 spesies fauna dari golongan ini. Pada zona sub alpin hanya dijumpai satu spesies kadal yang belum terdiskripsikan yaitu Lobulia sp. Nov. Jenis ular Phyton Bohlen (Morelia boelini) merupakan jenis langka dan dilindungi (Terdaftar pada lampiran II CITES), Jenis penyu air tawar Fly River Turtle (Carettochetys insculpta) tergolong langka dan dijumpai di sebelah Barat TN. Lorentz. Penyu ini terdaftar dalam daftar merah IUCN pada tahun 1996. Ancaman kepunahan penyu ini sebagai akibat perburuan daging dan telur oleh masyarakat lokal untuk dikonsumsi dan diperdagangkan. Jenis buaya Crocodyllus porosus dan Crocodyllus novaeguinensis perlu perhatian khusus karena adanya tekanan perburuan dan perdagangan (Allison, 1997).