天山上的野生动物有国家级保护物雪豹、北山羊、盘羊、黑鹳鸨，二级保护物棕熊、猞猁、马鹿、雪鸡等。还有天山明珠赛里木湖狐狸，伊犁河谷狐狸，北天山依恋哈比尔尕山狐狸，天山灰狼，天山赛里木湖别针套山盘羊等。

新疆天山共有野生动植物3000余种，各类珍稀濒危动植物近500种，包括雪豹、暗腹雪鸡、高山兀鹫、小叶白蜡、新疆郁金香等。

西天山国家级自然保护区内野生动物资源也很丰富，有陆栖脊椎动物146种，其中两栖纲3种，爬行纲7种，鸟纲101种，哺乳纲35种。其中国家一级保护动物有黑鹳、金雕、白肩雕、雪豹、北山羊5种，国家二级保护动物有棕熊、马鹿、盘羊、高山雪鸡等19种。保护区内有昆虫25目102科194种。