Fauna W Parku Narodowym Bałkanów Środkowych odnotowano 2387 gatunków i podgatunków bezkręgowców; są to np. przedstawiciele rodzaju tęcznik (Calosoma) i niepylaki apollo (Parnassius apollo). W parku stwierdzono 59 gatunków ssaków, 14 gatunków gadów i 123 gatunki ptaków lęgowych (to 45% awifauny Bułgarii) i 8 gatunków płazów (m.in. rzekotka drzewna Hyla arborea). Z rzadszych w Europie gatunków ssaków wymienić można wilka szarego (Canic lupus), wydry (Lutra lutra), nietoperze: mroczek orzęsiony (Myotis emarginatus) i podkasaniec zwyczajny (Miniopterus schreibersii), orzesznica leszczynowa (Muscardinus avellanarius), kozica północna (Rupicapra rupicapra), niedźwiedź brunatny (Ursus arctos). Występuje tu też kuna leśna (Martes martes), żbiki (Felis silvestris), suseł moręgowany (Spermophilus citellus) i ślepiec mały (Spalax leucodon).
Awifauna Od 2005 roku BirdLife International uznaje Park Narodowy Bałkanów Środkowych za ostoję ptaków IBA. Występują tu m.in. 2 podgatunki endemiczne dla Bałkanów: płochacz halny (Prunella collaris podg. subalpina) i górniczek zwyczajny (Eremophila alpestris podg. balcanica). BirdLife International wymienia 31 gatunków, których występowanie w parku zaważyło na uznaniu go za ostoję.