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.