В лесах обитают хищные животные, здесь встречаются волк, лисица, енотовидная собака, заяц-беляк, белка. Ценные пушные звери также живут на территории области, например куница, ласка, хорь лесной. Обитателем ульяновских лесов является лось — самое крупное из копытных животных области. Достаточно велика численность кабана европейского. По территории области проходит южная граница распространения бурого медведя, северные границы ареалов малой белозубки, корсака и обыкновенного слепыша. Волга служит естественной восточной границей обитания каменной куницы, сони-полчка, крапчатого суслика, а также западным рубежом для хомячка Эверсмана и рыжеватого суслика. Из других стран или отдаленных регионов России в область были завезены: ондатра, американская норка, благородные олени. На открытых пространствах обитает меньше видов животных, чем в лесах, зато их численность порой бывает очень высока — речь идет, в первую очередь, о мышевидных грызунах. В лесостепных ландшафтах встречаются суслики и хомяки, а также истребитель мышевидных грызунов — степной хорек. В водоемах можно увидеть выхухоль, ондатру, речного бобра.
Более 280 видов оседлых и перелетных птиц встречаются на территории области. Самыми крупными из них являются глухарь, тетерев, рябчик, из хищных — сова. На территории области гнездятся орёл-могильник, белоголовый орлан. На берегах водоемов обитают гусеобразные птицы. На берегу Старомайнского залива живет колония серой цапли; встречается в регионе и черный аист, занесенный в Красную книгу.
Из птиц открытых пространств отличаются наибольшей численностью жаворонки. Обитают в степях и хищные птицы — уничтожители грызунов: полевой лунь, степной лунь, пустельга. Самым редким из степных видов птиц является дрофа.
В водоемах области встречается около 50 видов рыбы. Основные виды обитателей водоемов: щука, окунь, судак, речной уторь, карась, толстолобик, сом, сазан, карп. Значительно снизилась популяция осетровых (осетр, белуга, стерлядь). После зарегулирования стока реки Волги и образования Куйбышевского водохранилища здесь появились новые виды ихтиофауны. С севера проникли: европейская корюшка, или снеток, речной угорь, европейская ряпушка, головешка — ротан, колюшка девятииглая. С юга в водоемы Ульяновской области проникли самостоятельно либо были случайно завезены: каспийская тюлька, черноморская пухлощекая игла-рыба, бычок-цуцик, звездчатая пуголовка, каспийский бычок-головач, бычок-кругляк, бычок-песочник. А в конце XX в. в Волге и ее притоках был обнаружен китайский мохнаторукий краб..
В последние годы в области активно изучаются насекомые. В конце XX в. местными энтомологами на территории края описаны 6 новых для науки видов жуков и 4 вида бабочек.