Городской округ «Город Южно-Сахалинск» принадлежит зоогеографическому участку «Южный Сахалин».
Животный мир по своему составу таежный. Встречаются южные японо-китайские виды - японская овсянка, дубонос, китайская зеленушка. Большинство животных сосредоточено в прозрачных парковых лесах из березы каменной. Для пояса высокогорий характерны сурки. На территории городского округа можно встретить зайца, лисицу, бурого медведя.
Есть как постоянно обитающие в границах городского округа птицы, так и перелетные птицы. На лугах обитают: немой перепел, полевой лунь, чибис, дубровник, черноголовый чекан, желтая трясогузка, ястребиная сова, канюк. В садах - синицы, желтоспинные мухоловки, японский скворец, пищуха и многие другие птицы. Очень велика популяция черных ворон.
На территории городского округа обитают виды животных, занесенных в Красную книгу Международного Союза охраны природы, Красную книгу России и Красную книгу Сахалинской области.
