Широко известно, что в Йеллоустоуне обитают лучшие представители мегафауны (очень крупные животные) во всех уголках Соединенных Штатов. В парке почти 60 видов млекопитающих, включая серого волка, рысь, находящуюся под угрозой исчезновения, и медведей гризли. Другие крупные млекопитающие - бизон (буйвол), черный медведь, лось, лось, олень-мул, белохвостыйолень, горный козел, воробьиный, борзая овца и горный лев.
Bison
Когда-то зубров насчитывалось от 30 до 60 миллионов по всей Северной Америке. Йеллоустоун - один из их последних оплотов. Их число увеличилось с менее чем 50 в парке в 1902 году до 4000 к 2003 году.
Самое большое количество зубров в парке было 4900 в 2005 году. Несмотря на то, что летом, по оценкам, в 2007 году их число составляло 4700 человек, в 2008 году оно сократилось до 3000. Это произошло после суровой зимы и спорного управления бруцеллезом, когда сотни зубров были отправлены на убой. Служба контроля здоровья животных и растений (APHIS) заявила, что с помощью вакцинации и других средств бруцеллез может быть устранен из стада зубров и лосей по всему Йеллоустоуну.
Волки
Начиная с 1914 года Конгресс США выделяет средства на "уничтожение волков, прерийных собак и других животных, наносящих вред сельскому хозяйству и животноводству" на общественных землях. После того, как волки ушли из Йеллоустоуна, койот стал главным собачьим хищником парка. Однако койот не может сбить крупных животных. Это привело к большому росту хромой и больной мегафауны.
К 1990-м годам федеральное правительство изменило свое отношение к волкам. По спорному решению Службы рыбы и дикой природы США волки, импортированные из Канады, были завезены в парк. Исследование, проведенное в 2005 г., показало, что в парке насчитывается 13 волчьих стай, в общей сложности 118 волков в Йеллоустоуне и 326 во всей экосистеме.
Увеличение числа волков в штатах Вайоминг, Монтана и Айдахо было настолько успешным, что они больше не числятся в списке исчезающих видов.
Медведи
Около 600 медведей гризли живут в экосистеме Большого Йеллоустона, более половины из них - в Йеллоустоуне.
Лось
В Йеллоустоуне обитает более 30 000 лосей - самое большое число крупных видов млекопитающих. Северное стадо стало намного меньше с середины 1990-х годов. Это может быть вызвано волками. Кроме того, лоси используют больше лесных регионов, чтобы уклониться от волков и затруднить исследователям подсчитать их. Зимой северное стадо мигрирует на запад в юго-западную Монтану. Южное стадо мигрирует на юг, и большинство этих лосей зимует в Национальном заповеднике для лосей, расположенном к юго-востоку от Национального парка Гранд-Тетон. Миграция южного стада является крупнейшей миграцией млекопитающих в США за пределы Аляски.
Другие хищники
В 2003 году следы одной самки рыси и ее детеныша были замечены и преследовались на протяжении более 2 миль (3,2 километра). Материал кала и другие полученные данные были проверены и подтверждены как следы рыси. Однако никто не видел рысь. Рыси в Йеллоустоуне не видели с 1998 г., хотя ДНК, взятая из образцов волос, показала, что рысь, по крайней мере, проходила через парк. Другие млекопитающие, которых видят реже, это горный лев и росомаха. В парке около 25 горных львов. Люди не знают, сколько там росомахи.
В Йеллоустоне также обитают шесть видов рептилий, такие как окрашенная черепаха и степная гремучая змея, а также четыре вида земноводных, включая бореального хора лягушки.
Рыба
Восемнадцать видов рыб живут в Йеллоустоне, включая желтокаменную форель. Эта рыба пользуется большим спросом у рыболовов, и большинство из них живет в Йеллоустоуне. С 1980-х годов желтоклювая форель столкнулась с несколькими угрозами, в том числе с подозрением на незаконный привнос в озеро озерной форели - инвазивного вида, который питается мелкой горной форелью. Кроме того, головорез столкнулся с продолжающейся засухой, а также со случайным заносом в озеро паразитов, которые убивают молодую рыбу. С 2001 года все местные спортивные виды рыб, вылавливаемые в Йеллоустонских водоемах, подпадают под действие закона о вылове и выпуске рыбы.
Птицы
Сообщалось о 311 видах птиц. Почти половина из них гнездится в Йеллоустоуне. По состоянию на 1999 г. зарегистрировано 26 пар гнездящихся лысых орлов. Зарегистрированы крайне редкие встречи коклюша; известно, что в Скалистых горах живут только трое из 385 известных в мире журавлей. Среди других птиц, которые считаются видами, вызывающими особую озабоченность из-за их редкости в Желтом камне, - обыкновенная гагара, утка-арлекин, скопа, сапсан и лебедь-трубач.