Dilek Yarımadası Milli Parkı'nda şu hayvanlar bulunmaktadır:
- Memeliler: Kurt, tilki, çakal, sırtlan, vaşak, yaban kedisi, porsuk, sansar, kirpi, oklu kirpi, yaban domuzu .
- Kuşlar: Yalı çapkını, kızıl şahin, kaşıkgaga, kır kırlangıcı, kara leylek, balık kartalı, flamingo .
- Deniz canlıları: Deniz kaplumbağaları ve Akdeniz foku .
Ayrıca, parkta nesli tehlike altında olan Anadolu parsı da yaşamaktadır .