Na fauna existente na PPL da Rocha da Pena destacam-se os mamíferos como o Coelho bravo (Oryctolagus cuniculus) e o Javali (Sus scrofa), e pequenos predadores como a Raposa (Vulpes vulpes), a Gineta (Genetta genetta) e o Saca-rabos (Herpestes ichneumon). Destaque ainda para duas espécies de morcegos, o Morcego-de-peluche (Miniopterus schreibersii) e o Morcego-rato-pequeno (Myotis blythi) que se encontram vulneráveis e em perigo.
A nível da avifauna, a Paisagem Protegida Local da Rocha da Pena constitui um ponto de paragem obrigatório, tendo sido já recenseadas neste local mais de 80 espécies de aves, incluindo diversas aves de rapina, com destaque para a Águia de Bonelli (Hieraaetus fasciatus), Águia-calçada (Hieraeetus pennatus) e o Bufo Real (Bubo bubo).
Na migração outonal, é possível observar várias destas aves em passagem, nomeadamente a Águia-calçada (Hieraeetus pennatus), a Águia-cobreira (Circaetus gallicus), o Gavião (Accipiter nisus) e já no final de Outubro, o Grifo (Gyps fulvus) que surge normalmente em grandes bandos. Às vezes, com alguma sorte, é ainda possível observar o Abutre-do-egipto (Neophron percnopterus) e Ógea (Falco subbuteo), migradores raros, mas regulares.