Pieniny nikdy neboli zaľadnené. Čiastočná izolovanosť tohto územia spôsobila svojrázny a osobitý vývoj rastlín a živočíchov. Pozoruhodné sú tu mnohé zoograficky dôležité teplomilné i studenomilné formy. Napríklad zo stonožiek tu doteraz zistili 50 percent karpatských endemitov. Časté sú aj východokarpatské hruhy, ako napríklad Cylindroiulus luridus burzeneandicus. Z rovnokrýdleho hmyzu sa tu vyskytuje reliktný druh Isophya pyrenea pieninensis a mnohé iné. Z teplomilných enedemitovendemitov Západných Karpát tu žijú druh Trichia lubomirskii, Trichia villosa a mnohé iné.
Zaujímaný je výskyt hlodavca [[Ryšavka myšovitá|ryšavky myšovitej]] (Apademus microps) ( objavili ju v roku [[1972]]). Z hrabošov tu žije [[hraboš močiarny]] (Microtus agrestis), [[hrabáč podzemný]] (Pitymys subterraneus). Z hmyzožravcov [[piskor horský]] (Sorex alpinus), vzácna [[bielozubka krpatá]] (Crocidura suaveolens). Zaujímavou skupinou sú netopiere. Pozornosť si zaslúži [[lietavec sťahovavý]] (Miniopterus schreibersi), [[netopier fúzatý]] (Myotis mystacinus), [[večernica pestrá]] (Vespertilio murinus), [[raniak hrdzavý]] (Nyctalus noctula) a iné. Z veľkých cicavcov tu od roku [[1983]] pozorovali [[Medveď hnedý|medveďa hnedého]], z mačkovitých tu žije [[rys ostrovid]], zriedkavo sa vyskytuje [[mačka divá]] (údaj pochádza z konca 19. storočia), [[vydra riečna]], [[jazvec obyčajný]], [[kuna lesná]], [[kuna skalná]], [[hranostaj obyčajný]], [[lasica obyčajná]], [[Diviak lesný|diviak]], jelenia a srnčia zver. <ref>{{Citácia periodika |meno= Ivor|priezvisko= Mihál|titul= Zvieratá PIENAPu|periodikum=Vysoké Tatry |ročník= XXVI. |číslo=3|strany=14-15}}</ref>.
