Видовое разнообразие морских сообществ, населяющих заповедник, самое богатое среди всех морей России. Смешанные воды холодного и теплого течений, различные грунты: скалы с таинственными гротами, огромные валуны и галька, ил и песок дали приют более 1 200 видам животных и растений, среди которых как бореальные, так и субтропические виды. Основное богатство заповедника – морские беспозвоночные животные, в том числе 450 видов ракообразных, 200 видов моллюсков, 30 видов иглокожих, среди которых наиболее известен дальневосточный трепанг.

На скалах легко наблюдать банки крупных двустворчатых моллюсков мидий Грея,

рядом с которыми всегда много звезд,

ежей,

червей, асцидий.

Огромные валуны покрыты сплошным ковром актиний,

гидроидов и губок. Подводный пейзаж оживляют суетящиеся ракообразные, среди которых и небольшие раки-отшельники

и полутораметровые камчатские крабы.

На заиленных и песчаных грунтах обычны приморские гребешки

 

и дальневосточные трепанги. Песчаное дно расцвечено плоскими морскими ежами, звездами и венчиками морских червей.

Фауна позвоночных животных заповедника представлена 200 видами рыб, 2 –земноводных, 5 – пресмыкающихся, 390 – птиц, 35 видами млекопитающих. Основу ихтиофауны слагают семейства керчаковых, стихеевых, бычковых, бельдюговых, камбаловых и морских лисичек. 70% видов приходится на долю придонных и донных рыб умеренно и южно-бореального происхождения. Доля тропических и субтропических видов значительно меньше, но среди них отмечены даже такие экзотические виды, как еж-рыба, летучие рыбы (долгопер обыкновенный и длиннокрыл разнохвостый), ставрида – алектис, большая корифена, восточный синеперый тунец, макрелевый тунец, японская и восточная пеламиды, рыба-луна.

Погружаясь у подводных скал, можно увидеть любопытную японскую мохнатоголовую собачку

и доверчивого желтого морского окуня, искусно маскирующихся под камни дальневосточного керчака 

и тихоокеанскую волосатку.

Активно защищает кладки икры стремительный серебристо-черный южный одноперый терпуг.

Элегантно рассекает воду колючая акула катран.

Среди мелководных зарослей морских трав деловито снуют бурый терпуг, серебристый и элегантный керчаки, выделяются своими глазчатыми пятнами опистоцентры. На песчаном дне нередко можно найти специалистов маскировки – камбал.

В открытой воде обычны встречи с обитателями субтропиков – полурылом, анчоусом, желтохвостами. Из более 200 видов моллюсков – 7 внесены в Красную книгу России как редкие и находящиеся под угрозой исчезновения: рапана Томаса, бареотрофан канделябровидный, трехпоясная папирискала, цератостома Барнетта и др. Из редких видов ракообразных в заповеднике отмечены крабоид Дерюгина, японский краб и рак богомол, для которого зал. Петра Великого северный предел ареала.

Из наземных пресмыкающихся на островах отмечены японский уж и узорчатый полоз. Ядовитые змеи не найдены. В акватории заповедника однажды была обнаружена морская змея большой крайт – обитатель тропических вод.

Из мелких млекопитающих на островах обитают средняя и малая бурозубки, полевая мышь, дальневосточная полевка; из хищников отмечены енотовидная собака, колонок, обыкновенная лисица. Из морских млекопитающих особую привлекательность вызывают тюлени Ларга.

Их лежбища на мысе Льва и островах охраняются особенно тщательно. Ведь заповедник стал единственным местом, где эти обаятельные животные могут воспроизводить и подращивать свое потомство. Ежегодно в водах заповедника отмечаются сивучи, возможно появление и других ластоногих. Из китообразных отмечены кит малый полосатик, северный плавун, сейвал, дельфины.

На небольшой по площади территории морского заповедника отмечено около 390 видов птиц – на всем Дальнем Востоке нет другого участка со столь обширным видовым разнообразием. Основу орнитофауны слагают пролетные, кочуюшие и зимующие птицы. К массовым морским видам, которые легко наблюдать в заповеднике относятся уссурийский  и берингов бакланы,

очковый чистик,

тонкоклювая кайра, старик, чернохвостая чайка.

На о. Фуругельма находится самая большая в мире колония чернохвостой чайки, здесь выводят свое потомство более тысячи пар серой цапли.

Желтоклювая цапля и малая колпица — редчайшие птицы мировой фауны, включенные в Красную Книгу МСОП, были отмеченные ранее только на островах Кореи и Китая, а сейчас постоянно гнездятся на о-ве Фуругельма  (единственное место гнездования вида в России). Гнездование этих видов стало возможным только благодаря статусу острова, как особо охраняемой природной территории.

Острова заповедника и расположенного недалеко от них о-ва Пахтусова стали единственным в России местом гнездования островного сверчка и тупика – носорога. Южный, экзотический оттенок придают орнитофауне колонии двух видов субтропических трубконосых — пестроголового буревестника и малой вилохвостой качурки, которые облюбовали для гнездования единственное в России место – острова Карамзина и Верховского – охраняемые морским заповедником как памятники природы. Здесь можно встретить трансконтинентального мигранта из южного полушария тонкоклювого буревестника. Из зимующих птиц несомненный интерес представляет белоплечий орлан, которого чаще всего можно наблюдать недалеко от лежбища ларги. Зимой на сопредельной территории на материке собирается большое количество черных грифов. Для орнитологов интересны пролетные птицы – мигранты, которые останавливаются на водно-болотных угодьях Хасанского района.