Gaujas NP fauna ir tikpat raiba kā nacionālā parka mežos dzīvojošo dzeņu vēders. Gaujā, tās krastos un tuvākajā apkārtnē mājvietu radušas vairāk kā 200 mugurkaulnieku sugu un 25 reizes vairāk bezmugurkaulnieku sugu.
No retajām putnu sugām Gaujas senielejā ligzdo mazais ērglis, vidējais, baltmuguras un trīspirkstu dzenis, melnais stārķis, lielā gaura, gaigala, meža balodis, ūpis, zivju dzenītis, ūdensstrazds un pelēkā cielava. Gandrīz 100 no vairāk nekā 2000 nacionālā parka teritorijā esošajām viensētām var lepoties ar balto stārķu ligzdām.
Gaujas senieleja ir viena no nedaudzajām vietām Latvijā, kur mīt lielais susuris. Iespējams, ka tā ir mūsdienās vistālāk ziemeļos esošā šīs sugas atradne visa areāla ietvaros, jo to dzīvesvieta ir veci platlapju meži.
Gauja līdz ar savām pietekām ir viena no nedaudzajām upēm visā Baltijas jūras reģionā, kurā saglabājušās dabiskās nēģu un lašveidīgo zivju sugu nārsta vietas. Bez tam Gauja ir dzīvesvieta ūdriem, kas vairumā Eiropas valstu ir ļoti reti sastopami.
Vairākas smilšakmens un dolomīta iežos esošās alas un pagrabi ir nozīmīgas sikspārņu ziemošanas vietas. Gaujas NP ir konstatētas gandrīz visas (12 no 16) Latvijā sastopamās sikspārņu sugas (8 sugu sikspārņi arī ziemo Gaujas NP teritorijā). Tās visas ir aizsargājamas.
Visbiežāk sastopamās aizsargājamās bezmugurkaulnieku sugas Gaujas NP ir upes micīšgliemezis, margainais vārpstiņgliemezis, biezā perlamutrene, zaļā upjuspāre, raibgalvas purvuspāre, marmora rožvabole un čemurziežu dižtauriņš. Tikai vienā vai atsevišķās vietās konstatēta brūnganā plankumspāre, Eiropas upjtīklspārnis, zaļganais kokskrējējs, bērzu briežvabole, dižā briežvabole, zaļā eļļasvabole un gāršas samtenis.

Ievietoja Meldra Langenfelde (19.11.2008.)