Фауна Северо-Восточной Сибири заметно отличается от фауны соседних областей Сибири. Восточнее Лены исчезают некоторые обычные для сибирской тайги животные. Здесь нет колонка, сибирского козерога, чибиса и др. Вместо них в горах и на равнинах появляются млекопитающие и птицы, близкие к широко распространенным в Северной Америке. Из 45 видов млекопитающих, живущих в горах бассейна Колымы, более половины имеет весьма близкое родство с животными Аляски. Таковы, например, желтобрюхий лемминг (Lemnus chrysogaster), светлый волк, огромный колымский лось (Alces americanus). В реках встречаются некоторые американские рыбы (например, даллия — Dallia pectoralis, чукучан — Catostomus catostomus).
Присутствие в составе фауны Северо-Востока представителей животного мира Северной Америки объясняется тем, что еще в середине четвертичного времени на месте нынешнего Берингова пролива существовала суша, опустившаяся лишь относительно недавно (в позднечетвертичное время).
Другая характерная черта фауны страны — наличие в ее составе степных животных, нигде в других местах так далеко на севере не встречающихся. В высокогорной каменистой тундре нередко можно встретить верхоянского черношапочного сурка тарбагана (Marmota camtschatica), а на сухих полянах горно-лесного пояса — своеобразного длиннохвостого колымского суслика (Citellus undulates buxtoni). В течение холодного времени года, продолжающегося не менее семи-восьми месяцев, они спят в своих норах, устроенных в мерзлом грунте. Ближайшие сородичи черношапочного сурка, а также снежного барана (Ovis nivicola) живут в горах Центральной Азии и Забайкалья.
Изучение остатков ископаемых животных, встречающихся в среднечетвертичных отложениях Северо-Восточной Сибири, показывает, что уже тогда ее фауна была весьма своеобразна. Здесь обитали шерстистый носорог и северный олень, мускусный бык и росомаха, тарбаган и песец — животные областей с весьма континентальным климатом, близким к современному климату нагорий Центральной Азии. По мнению зоогеографов, в пределах древней Берингии, включавшей в свой состав территорию Северо-Востока России, в четвертичное время началось формирование современной таежной фауны. Основой для нее послужили: 1) местные виды, приспособившиеся к холодному климату; 2) переселенцы из Северной Америки; 3) выходцы с гор Центральной Азии.
Среди млекопитающих в горах преобладают различные мелкие грызуны и землеройки; их насчитывается здесь более 20 видов. Из хищников характерны крупный берингийский медведь, росомаха, восточносибирская рысь, песец, берингийская лисица, соболь, ласка, горностай и восточносибирский волк.
Среди птиц типичны каменный глухарь (Tetrao urogalloides), рябчик (Tetrastes bonasia kolymensis), кедровка (Nucifraga caryocatactes), тундряная куропатка (Lagopus mutus), азиатский пепельный улит (Heteractitis incana). Летом на озерах встречается множество водоплавающих птиц: турпан (Oidemia fusca), гусь-гуменник (Anser fabalis) и др.