Najprisutnije vrste morskih sisavca su južni morski lav(Otaria flavescens), južni morski slon(Mirounga leonina) i tuljan krznaš(Arctocephalus australis). Na njegovim obalama obitava najsjevernija populacija južnih morskih slonova koja broji preko 1000 jedinki i jedina je populacija u svijetu koja se povećava. No poluotok Valdes je i važno rasplodno mjesto ugroženih vrsta kao što je južni glatki kit(Eubalaena australis).
Također, u njegovim vodama su orke razvile jedinstvenu strategiju lova koju su prilagodile lokalnim obalnim uvjetima. Naime, orke se sjure u plitke vode plaže Valdésto kako bi zgrabile mlade morske lavove i morske slonove, često izbacujući tijelo u potpunosti na obalu.
Velika raznolikost ptica (181 vrsta od kojih je 66 vrsta selica) na poluotoku se javlja na međuplivnim ravnim muljevitim obalama i obalnim lagunama. Mageljanov pingvin je najbrojnija vrsta s gotovo 40.000 aktivnih gnijezda raspoređenih među pet različitih kolonija. Na otoku se mogu pronaći i južnoamerički nojevi, nandui.
Kopneni sisavci su također u izobilju, poput velikih stada gvanaka i mara, argentinskog endema koji je ugrožen u drugim dijelovima zemlje.