La prodigiosa ricchezza di ambienti naturali per cui si distingue ed eccelle la Riserva Naturale Orientata “Monti di Palazzo Adriano e Valle del Sosio”, ha consentito l’affermazione di una nutrita e variegata quantità di habitat ,caratterizzati dalla copiosità del patrimonio botanico e di quello zoologico.
Troviamo qui il gatto selvatico (Felis sylvestris), estremamente difficile da osservare a causa delle sue abitudini notturne e delle capacità mimetiche, la martora (Martes martes), un mustelide la cui presenza è probabilmente agevolata dall'espansione delle aree rimboschite, essendo prevalentemente arboricolo, e il cinghiale (Sus scrofa).
Nella riserva sono abbastanza diffusi i più comuni piccoli mammiferi, quali il coniglio selvatico, la donnola, il riccio, l’istrice e la volpe.
Negli specchi d’acqua, accanto a rospi e rane sopravvive la rara tartaruga palustre, vari sauri (tra cui la Luscengola Chalcides ocellatus) e ofidi, tra cui l'elegante saettone e la vipera comune (Vipera aspis), serpente velenoso ma talmente timido da risultare praticamente inoffensivo per l'uomo.
Tra le numerose specie di uccelli, ed in particolare tra i predatori di questo territorio, compaiono l’aquila reale (Aquila chrisaetos) e l'aquila del Bonelli (Hieraaetus fasciatus), un rapace di media taglia (58-70 cm di lunghezza totale per 1,60-1,72 cm di apertura alare) che in Italia è presenta ormai solo nelle due isole maggiori. La presenza di alte pareti a strapiombo e pendii fortemente inclinati, di aree tranquille e ricche di prede, rendono questa riserva, l’ambiente ideale per questo uccello.
Un altro rarissimo rapace avvistato in zona è il capovaccaio (Neophron percnopterus), piccolo e innocuo avvoltoio che segue le mandrie al pascolo per nutrirsi di placente, piccoli animali morti o addirittura sterco, la cui popolazione in Sicilia ha subito un rapido declino tra la fine degli anni '80 e la metà degli anni '90. Il capovaccaio rischia l’estinzione anche a causa del progressivo declino della pastorizia e dell'allevamento brado e dell'uso di antiparassitari in agricoltura. Anche il nibbio reale (Milvus milvus) rischia l’estinzione, poiché è fortemente condizionato dalle abitudini necrofaghe ed inoltre approda alle discariche per approvvigionarsi di cibo spesso contaminato e quindi fatale. Altri rapaci della riserva a rischio di estinzione sono poi il gracchio corallino (Pyrrhocorax pyrrhocorax) e le colonie di grillaio (Falco naumanni), un falchetto molto simile al più comune gheppio che ha bisogno di ampi spazi aperti ove ricercare le sue prede, soprattutto insetti. Il grillaio, peraltro, è specie minacciata globalmente.
Il nibbio bruno (Milvus migrans), che ha solitamente abitudini migratorie, sui Sicani è presente con una piccola popolazione parzialmente sedentaria.
Ancora abbastanza diffusi sono invece il falco pellegrino (Falco peregrinus), il falco lanario (Falco biarmicus) e la poiana (Buteo buteo), mentre rari, ma in apparente leggero incremento sono il lodolaio (Falco subbuteo) e lo sparviero (Accipiter nisus), che trovano nei rimboschimenti artificiali di conifere l’habitat ideale. Non mancano i rapaci notturni, quali l’allocco, l’assiolo, il barbagianni e il gufo.
Tra le altre specie dell'avifauna presenti in riserva si possono annoverare il picchio rosso maggiore (Picoides major), il codibugnolo (Aegithalos caudatus), la tordela (Turdus viscivorus) e la coturnice di Sicilia (Alectoris graeca ssp. whitakeri), quest'ultima in declino per le forti modificazioni dell'habitat.
Numerosissime infine le specie di insetti che popolano radure e sottobosco di latifoglie: ne sono esempio alcuni Lepidotteri, tra cui due specie di cedronella (Gonepteryx cleopatra e G. ramni), la sfinge dell'euforbia, il neurottero Libelloides coccajus e alcune libellule, come Calopteryx splendens e Anax imperatori, che colorano la riserva tra maggio e giugno con i loro rapidi voli saettanti.