La siguiente tabla recoge los taxones catalogados en "peligro de extinción" (EX) y "vulnerables" (VU), según aparecen recogidos en el Catálogo Español de Especies Amenazadas o en el Catálogo Canario de Especies Protegidas:

La fauna de invertebrados está ampliamente representada en Timanfaya (119 taxones), tanto asociada a las lavas recientes y antiguas como a hábitats epigeos y medio subterráneo. En las lavas próximas a la costa abundan los colémbolos, de un tamaño muy pequeño, no superior a 5 mm, aunque también es abundante la presencia de escarabajos del género Gietella. Hacia el interior, la presencia de líquenes favorece la aparición de especies de arañas (géneros Dysdera y Drassodes), opliliones como Bunochelis spinifera y el grillo endémico de Fuerteventura y Lanzarote (Gryllomorpha lanzarotensis).

Las especiales condiciones de vida en las cuevas, donde la vegetación está prácticamente ausente, originan que las especies presenten adaptaciones al medio, tales como la pérdida o disminución de los ojos, alargamiento de patas y antenas y pérdida de pigmentación. Algunas especies de escarabajos de los géneros Cryptophagus y Stegobium, además de arañas de los géneros Steatoda y Spermophorides comparten este medio.

En el parque hay 2 especies de reptiles, ambas endémicas del archipiélago, el lagarto atlántico (Gallotia atlantica atlantica), con unos característicos ocelos verdes a los lados del cuerpo y que habita en todos los islotes y cultivos pero parece estar ausente en los campos de lava, y el perenquén Tarentola angustimentalis angustimentalis, de hábitos nocturnos, más común en los islotes, aunque también es capaz de estar presente en el litoral y en los campos de lavas.

En el  parque nacional nidifican 23 especies de aves, aunque su aspecto inhóspito y desierto, sin apenas vegetación, pudiera suponer lo contrario. El litoral excelentemente conservado de este parque nacional, la escasez de molestias y la gran cantidad de agujeros y cavidades apropiadas para la nidificación favorecen la existencia de colonias de aves pelágicas, aquellas que desarrollan la mayor parte de su vida en el mar. La más abundante y conocida de estas especies es la pardela cenicienta atlantica (Calonectris borealis), que presenta la colonia mejor representada a nivel insular, además del paiño de madeira (Oceanodroma castro) que también presenta una colonia muy importante en número de ejemplares. Asimismo, se pueden observar la pardela chica (Puffinus baroli) y el petrel de Bulwer (Bulweria bulweri), aunque con un número de efectivos mucho menor.

Con respecto a las aves rapaces, en el parque se reproducen el cernícalo vulgar (Falco tinnunculus dacotiae), el halcón tagorote (Falco peregrinus pelegrinoides) y la lechuza común (Tyto alba gracilirostris), y entre las especies que utilizan para anidar los escarpes rocosos de Timanfaya, cabe destacar a paloma bravía (Columba livia livia) y el cuervo canario (Corvus corax canariensis). El único representante de la fauna carroñera en el parque es el alimoche o guirre (Neophron percnopterus majorensis), que además nidifica en el interior del parque.

Además de las citadas anteriormente, también se observan con frecuencia especies ligadas a ambientes esteparios como el caminero (Anthus berthelotii berthelotii) o el camachuelo trompetero (Bucanetes githagineus amantum), o a áreas de matorral, como la perdiz moruna (Alectoris barbara koenigi) o la curruca tomillera (Curruca conspicillata orbitali).

El grupo de los mamíferos está representado por 6 especies, el conejo (Oryctolagus cuniculus), la rata negra (Rattus rattus), la rata parda (Rattus norvegicus), el ratón de campo (Mus musculus domesticus), el erizo moruno (Atelerix algirus), y 1 especie endémica de Lanzarote y Fuerteventura, la musaraña canaria (Crocidura canariensis).