Животный мир Севастополя оригинален, но характеризуется обеднённостью. Позвоночных насчитывается около 550 видов, в том числе 190 видов рыб (150 морских, 37 пресноводных), 6 амфибий, 14 рептилий, 290 видов птиц, 55 зверей. Большинство из них обитает на территории Севастопольского региона. На составе местной фауны существенно сказалась тысячелетняя хозяйственная деятельность человека, который, с одной стороны, уничтожал многие ее виды, а с другой - обогатил рядом новых. Исконными обитателями крымских лесов, в том числе и севастопольских, являются крымский олень и косуля. Крымский олень относится к особому подвиду, который является промежуточным между благородным оленем и малоазиатским маралом. Кроме них из копытных обитают кабан, выпущенный в заповедник в 1957 г., европейский муфлон, который был завезен в Крым в 1913 г. Кабан заселил весь полуостров, а муфлон плохо переносит многоснежные зимы, поэтому его численность невелика. Из насекомоядных в горном Севастополе обитает 3 вида землероек, 16 видов летучих, мышей; белка-алеутка, серая и черная крысы, лесная и желтогорлая мыши, обыкновенная полевка. Из хищных сохранились особые подвиды барсука, каменной куницы и лисицы, а также ласка. Лет 50-60 назад был уничтожен последний волк.
Птиц в севастопольских лесах мало. Тем не менее часто встречаются дятлы, эндемичные виды синиц, подвид черноголовой сойки, а также черные дрозды, славки, пеночки, зяблики, из голубиных - горлинки и витютни. Из хищных распространены канюки, ястребы, ночной хищник сова-неясыть и очень редко - орлы-могильники и черные грифы. Из ящериц наиболее распространен крымский геккон и большой змеевидный желтопузик, из змей - леопардовый полоз. Среди насекомых - цикады, москиты, жуки-богомолы и эндемик Крыма - жужелица крымская.
Из морских обитателей следует отметить два вида черноморских дельфинов: афалину и белобочку, черноморскую акулу - катрана. В прибрежных водах Севастополя и в его бухтах обитает большое видовое разнообразие рыб: кефаль (наиболее распространенный вид - сингиль, самый крупный вид - лобан, а также - остронос), султанка (барабуля), которая появляется у берегов Севастополя в мае-июне и октябре, ставрида черноморская - постоянный обитатель прибрежных вод региона, морской еж - скорпена, который селится среди прибрежных скал, смарида (морской окунь), зеленушка (зеленуха, или рулена), многочисленные бычки (5 видов), кругляк, мартовик, кнут, губан, ротан и, кроме того, собачки морские и сарган-игла, которые селятся в скалах и камнях бухт.