Ұлттық парк аумағында омыртқасыз жануарлардың 11 отрядынан 120 түрі анықталды. Сүт қоректілерден 59 түрі, оның ішінде 10 түрі Қазақстанның Қызыл Кітабына енгізілген бауырымен жорғалаушылардың 12 түрі мен қосмекенділердің 2 түрі, олардың үш түрі Қазақстанның Қызыл Кітабына енгізілген. Құстардың 300 түрі кездеседі оның 28 түрі сирек және жойылып бара жатқан түрге жатады.
Парктің аумағында 102 тұқымдас пен 539 туыстан тұратын 1635 түрлі жоғары сатыдағы өсімдіктері кездеседі. Оның 67 түрі Қазақстанның Қызыл Кітабына кірген қыналардың 25 түрі, саңырауқұлақтардың 3 түрі анықталып отыр.
Қар барысы
Снежный барс
Uncia uncia
Өгем филиалының Мақпал, Азартеке, Жантеке, Ешекжайлау учаскелерінде кездеседі.
Төлеби филиалының Ұлар, Мыңжылқы шатқалдарында учаскелерінде кездеседі.
Қар барысы сирек кездесетін аң, жойылып бара жатқан аң, денесінің ұзындығы аталығы мен аналығы 112 - 125, құйрығының ұзындығы 91,8 - 105 см, салмағы 33- 39 кг. Қар барсы Тянь-Шань сілемдерінде Өгем, Қаржантау, Таласс, Жонғар Алатау тау жоталарында кездеседі. Қар барстың тұрақты үңгірі жоқ, аналығы балаларын тамақтандыратын кезде уақытша үңгірлерді пайдаланылады. Қар барсы негізі 1800 – 3500 м биіктікте кездеседі. Қар барысы жылдың үшінші тоқсанында көбиеді. Тянь - Шаньда ұрғашысының күйлеуі ақпан – сәуір айларында өтеді, жүктілігі 98-103 күнге созылады, балалары мамыр – маусым айларында туылады, шілде айында туылуы сирек. 1-5 кейде 2-3 балалайды, балаларының сүтенуі 3-4 айға созылады, күзде жас аңдар ұрғашысымен бірге аңға шығады. Қар барысының қорегі сібір тау текесі, елік, жабайы шошқа, архар, қояан, кекілік, ұлар, анда - санда үй жануарлары қой, ешкі, жылқыға шабулы жасайды. Шөлін сумен немесе қармен қандырады. Қар барысының қарсыласы – қасқыр жәнеде қар барысының олжасының негізгі бәсекелес қасқыр. Қар барысы 15 жылға дейін өмір сүреді.
Арқар
Каратауский горный баран
Ovis ammon karellini
Арқар-өте әдемі тұрқы 125 см,самағы 200 килограммға дейін болып келетін ірі жануар.Қошқарларының мүйізі өте күшті,спираль тәрізді бұралған,ал қойларының мүйізі жіңішке,қысқа әрі әлсіздеу бұралған болып келеді. Олардың ұзындығы иілісі бойынша есептегенде 150 см жуықтайды Арқасымен жаны жазғы уақытта қоңыр төсі қарны мен шабы ақшылдау. Арқарлар жыныстық жетілуге 2,5 жасында жетеді,бірақ қошқарларының жетілуі төрт жасында басталады,күйлеуі арқарлардың мекендеген жерлеріне және теңіз бетінің биіктігіне тәуелді,негізінен күйек мезгілі қазан айының ортасына дейін өтеді,буаздық алты айға созылады,сәуір-мамыр айларында бір,кейде екі қозы туылады.
Мекендейтін жерлері Түлкібас филиалының
Қайыршақты, Қанай, Нұрбай, Бозторғай, Көкбұлақ, Аршалы, Жолбарыс шоқы, Жамансай шатқалдарында мекендейді. Қазір олардың санын артып отырғанын байқауға болады. «Қызыл кітапқа» енгізілген жануарлардың денесінің ұзындығы 150-200 см-ге жетсе, күздің күні салмақтары 110-160 кг дейін барады.. Олардың өмір сүруұзақтығы 10-12 жыл деп есептелгенімен бұл жасқа дейін жететіндері сирек.
Мензбир суыры
Сурок мензбира
Marmota menzbieri
Оңтүстік өлкеміздің Батыс Тянь-Шань тау аймағының Қаржантау жотасында ғана тіршілік ететін сүйкімді Мензбир суыры немесе көк суыр ерекше қорғауды қажет ететін аңдар. Ол эндемик аң ретінде Сайрам-Өгем мемлекеттік ұлттық табиғи паркінің аумағындағы Сарыайғыр,Бадам,Ұлыжұрт,Шағыртас,Тікенекті өзендерінің бас жағында теңіз деңгейінен 2000-3000 метр биіктікте қарлы жылғалар бойында кездеседі. Бұл аң кеміргіштер отрядының тиімді тұқымдасына жатады және жұптасып өмір сүреді.
Бұл аң Қазақстанның және халықаралық табиғат қорғау ұйымының Қызыл кітабына енгізілген. Бұл сирек кездесетін, жәнеде жойылып азайып бара жатқан аңды қорғау мен зерттеу мәселесі 2006 жылдан бастап республикалық маңызы бар Сайрам-Өгем мемлекеттік ұлттық табиғи паркі тарапынан тұрақты назарда ұстанып қорғау қолға алынды. Парк аумағында оның экологиясы мен биологиясын зерделеу мақсатында ғылыми зерттеу жұмыстары жүргізілуде. Бұл аңның дене тұрқымын ұзындығы 40-50 см, ал құйрығының ұзындығы 8,5-13 см дейін жетеді. Мамыр айларында салмақтары 1850-3400 грамм болса, тамыз айларында семіріп 3450-4080 граммға дейін жетеді. Бауыры мен табандары сарғыш-қызғыш , түлейтін кезіндегі түсі сары немесе түрлі-түсті болады.
Тау ешкі
Сибирский горный козел
Capra sibirica
Өгем филиалының Азартеке, Мақпал, Айғыржыққан, Пиазды.
Төлеби филиалының Сарыайғыр, Сайрамсу, Қапжайлау, Ұлар, Мыңжылқы, Иіржол, Науытсай шатқалдарында мекендейді.
Көктем шыға азық ететін, алғашқы шыққан көк қорек болып жарытпайды. Сондықтан, жылдың осы мезгілінде, тауешкісі арық, жүдеу және буаз болғандықтан көп аулай бермеген. Тау ешкілерінің адамнан кейінгі негізгі жаулары қар барысы, жабайы мысық пен жыртқыш құстар. Үйдің қабырғасы сияқты тіп-тіке тасқа да шығып кете беретін тауешкіні осыншама қауіп-қатерден тұяқтары қорғайды. Ел арасында тастан-тасқа секіргенде олардың тұяқтары балқып, тасқа жабысатындықтан, құламайды екен деген әңгіме бар. Өте сақ, сезімтал, тау-тасты паналап, аңшыларды адастырып кететін таутекені қолға түсіру аса қиын.
Таулы өңірдің символы іспетті тауешкі сезімтал, көреген, иісшіл аң. Күйіс қайыратын жануарлар қатарына жататын тауешкі тау өсімдіктерімен қоректенеді. Тауешкілері екі жарым жастан бастап аналық қалыпқа келіп, оларға көбінесе 2 лақ еріп жүреді. Өзге аңдардан ерекшеленіп тұратын таутекесінің мүйізінің ұзындығы 1,5 метрге дейін жететін болса, ал ешкілерініңкі қысқарақ болып келеді.
