Zoogeograficky je územie CHKO začlenené k panónskemu úseku eurosibírskej provincie stepí, do juhoslovenského obvodu a potiského nížinného okrsku. Živočíšstvo je tu zastúpené boreálnymi, mediteránnymi a stepnoeremiálnymi prvkami. Rôznorodosť biotopov na pomerne malom území – vodné toky až suché xerotermné biotopy – je predpokladom pre výskyt vysokého počtu druhov zoofauny na pomerne malom území. Najviac z nich sa vzhľadom na charakter územia viaže na vodné a močiarne biotopy.
Významné druhy bezstavovcov na území CHKO Latorica:
K vzácnym druhom rovnokrídlovcov (Orthoptera) patria napr.: kobylka Štysova (Isophya stysi), kobylka šúrová (Ruspolia nitidula), kobylka Fussiho (Poecilimon fussi), kobylka zúbkatá (Polysarchus denticauda), či koník stepný (Acrida hungarica).
Početné je zastúpenie vážok (Odonata). Zo vzácnejších druhov tu boli zistené napr: vážka (Leucorrhinia pectoralis), ligotavka zelená (Somatochlora metallica), klinovka žltonohá (Stylurus flavipes), klinovka čiernonohá (Onychogomphus forcipatus).
Z chrobákov (Coleoptera) sa na viacerých lokalitách vyskytuje vzácny roháč obyčajný (Lucanus cervus), fúzač veľký (Cerambyx cerdo) a fúzač pižmový (Aromia moschata).
Zastúpených je tu aj viacero európsky významných druhov motýľov (Lepidoptera) ako ohniváčik veľký (Lycaena dispar), ohniváčik modrolesklý (Lycaena alciphron), modráčik čiernoškvrnný (Maculinea arion), modráčik krvavcový (Maculinea teleius), jasoň chochlačkový (Parnassius mnemosyne), pestroň vlkovcový (Zerynthia polyxena) či mlynárik východný (Leptidea morsei).
Z ulitníkov (Gastropoda) a lastúrnikov (Bivalvia) je to pimprlík mokraďný (Vertigo angustior), kotúľka štíhka (Anisus vorticulus), korýtko riečne (Unio crassus), z kôrovcov (Crustaceae) štítovec jarný (Lepidurus apus) a štítovec letný (Triops cancriformis).
Významné druhy stavovcov na území CHKO Latorica:
Bohato je tu zastúpená aj ichtyofauna. Vyskytujú sa tu takmer všetky nížinne druhy rýb. Z chránených druhov možno spomenúť číka európskeho (Misgurnus fossilis), hrebenačku vysokú (Gymnocephalus baloni), hrebenačku pásavú (Gymnocephalus schraetser), šabľu krivočiarú (Pelecus cultratus), kolka veľkého (Zingel zingel), kolka vretenovitého (Zingel streber), hrúza Kesslerovho (Gobio kessleri), hrúza fúzatého (Gobio uranoscopus), vzácne sa tu vyskytuje blatniak tmavý (Umbra krameri).
Z obojživelníkov sú početne bohaté populácie žiab napr.: skokanov (Rana sp.), kunky červenobruchej (Bombina bombina), ropuchy zelenej (Bufo viridis), rosničky zelenej (Hyla arborea), hrabavky škvrnitej (Pelobates fuscus), z mlokov je tu zistený mlok dunajský (Tritus dobrogicus) a mlok bodkovaný (Tritus vulgaris).
Z plazov (Reptilia) tu žije napr.: jašterica zelená (Lacerta viridis), jašterica živorodá panónska (Lacerta vivipara pannonica), užovka hladká (Coronella austriaca), užovka stromová (Elaphe longissima). Na viacerých lokalitách CHKO sa vyskytuje vzácna korytnačka močiarna (Emys orbicularis).
Zo vzácnejších druhov cicavcov (Mammalia) je to vydra riečna (Lutra lutra), mačka divá (Felis sylvestris), pĺšik lieskový (Muscardinus avellanarius), z netopierov večernica malá (Pipistrellus pipistrellus), večernica najmenšia (Pipistrellus pygmaeus), netopier veľkouchý (Myotis bechsteini), netopier Brandtov (Myotis brandti), netopier pobrežný (Myotis dasycneme), netopier riasnatý (Myotis nattereri), raniak malý (Nyctalus leiseri). Zo vzácne zatúlajúcich sa druhov to bol zaznamenaný výskyt šakala zlatého (Canis aureus) a losa mokraďového (Alces alces).
Na území CHKO bolo zistených viac ako 225 druhov vtákov (Aves), Hniezdia tu najpočetnejšie populácie brodivcov vrámci Slovenska a to chavkoša nočného (Nycticorax nycticorax), volavky striebristej (Egretta garzetta), volavky bielej (Egretta alba), volavky purpurovej (Ardea purpurea), vzácne aj volavka vlasatá (Ardeola raloides). Z ďalších druhov na území CHKO hniezdi napr. bučiačik močiarny (Ixobrychus minutus), bocian čierny (Ciconia nigra), chochlačka bielooká (Aythya nyroca), kaňa močiarna (Circus aeruginosus), jastrab lesný (Accipiter gentillis), haja tmavá (Milvus migrans), haja červená (Milvus milvus), orol krikľavý (Aquila pomarina), orol kráľovský (Aquila heliaca), orliak morský (Haliaeetus albicilla) včelár lesný (Pernis apivorus), sokol lastovičiar (Falco subbuteo), plamienka driemavá (Tyto alba), rybárik riečny (Alcedo athis), včelárik zlatý (Merops apiaster), dudok chochlatý (Upupa epops), kalužiak červenonohý (Tringa totanus), chriašteľ bodkovaný (Porzana porzana), chriašteľ malý (Porzana parva), chriašteľ vodný (Rallus aquaticus), chrapkáč poľný (Crex crex), ďateľ čierny (Dryocopus martius), ďateľ prostredný (Dendrocopos medius), krutihlav hnedý (Jynx torquilla), strakoš kolesár (Lanius minor), svrčiak zelenkavý (Locustella naevia), svrčiak riečný (Locustella fluviatillis), slávia tmavý (Luscinia luscinia), fúzatka trsťová (Panurus biarmicus), škovránok stromový (Lullula arborea). Pre mnohé ďalšie druhy je územie významnou migračnou trasou.