En este ecosistema desarrolla su vida una gran cantidad y variedad de fauna salvaje. Actualmente, este sistema montañoso constituye un área muy importante para la conservación de la diversidad y riqueza de especies.

Entre los mamíferos podemos encontrar el corzo, el más pequeño de los cérvidos españoles vinculado a sistemas forestales, el jabalí, muy abundante en esta zona, el zorro, una gran variedad especies de mustélidos, como el tejón, un carnívoro de gran tamaño, robusto y adaptado a la vida subterránea, la comadreja, la gineta, la marta, la garduña, etc. También está presente en estas zonas la liebre, la ardilla roja, el erizo común, el topillo nival, una especie muy adaptada a la vida en la alta montaña y suele habitar en pedrizas y zonas de canchales. Por último, mencionar la presencia confirmada del lobo ibérico después de haber estado muchos años desaparecido de estas zonas, y es la única especie de mamífero cuya conservación es prioritaria a nivel europeo y se encuentra en fase de expansión en la Sierra de Guadarrama.

En cuanto a las aves hay que destacar las rapaces que habitan en estas zonas, uno de los más importantes es el buitre leonado, que cría en los peñascales de la Cebollera Vieja y que ha dado lugar a topónimos como “Peña Buitrera”, el milano negro y milano real, el busardo ratonero, el águila calzada, el águila culebrera, el azor, el búho real, la lechuza, el mochuelo, y también se han avistado ejemplares de águila real y halcón peregrino.  También Somosierra constituye un paso de aves migratorias, como el autillo que, con la llegada del calor, se le empieza a escuchar con su característico sonido, las grullas cruzan estos montes hacia el sur en otoño y algunas cigüeñas también pasan por aquí en su viaje migratorio. Otras aves más pequeñas que podemos encontrar en este ecosistema son el gorrión común, acentor alpino, alcaudón real, carbonero, herrerillo común y herrerillo capuchino, el mirlo, reyezuelo, petirrojo, colirrojo tizón, picapinos, golondrina, avión, vencejo, estornino, el cuco, la perdiz, etc. y, entre los córvidos, tenemos la presencia del cuervo, corneja, grajilla, la chova piquirroja y el arrendajo común.

Respecto a los reptiles destaca la presencia del lagarto ocelado y el lagarto verdinegro. También son importantes los ejemplares de lagartija serrana, lagartija roquera, lagartija carpetana y la salamanquesa y, resaltar, la existencia en Somosierra de la víbora hocicuda, una víbora venenosa, la cual habita en áreas rocosas, generalmente húmedas, en matorrales y bosques secos, setos y muros de piedra.

Aunque los anfibios son más difíciles de ver, aquí habitan, entre otros, la salamandra común, la rana común, el sapo común e, incluso, algún ejemplar de tritón alpino en las partes altas.

Somosierra, al contrario que con otras especies de fauna, no existe prácticamente presencia de peces, aunque aún pueden observarse, muy ocasionalmente, la trucha común que, en otras épocas, eran muy abundantes en los ríos y fríos arroyos que nacían en esta sierra.

Por último, mencionar la existencia de insectos, como las mariposas, entre ellas algunas de las más importantes que podemos encontrar son la mariposa apolo y la mariposa arlequín. Respecto a los coleópteros, cabe destacar la presencia del lucánido ciervo volante, que se trata del coleóptero más grande de Europa y el gran capricornio, asociado generalmente a la familia vegetal quercus.