Η μεγαλύτερη σημασία του λεκανοπεδίου για την προστασία της βιοποικιλότητας επικεντρώνεται στη διατήρηση περισσότερων από 170 ειδών πουλιών, όπως τσικνιάδες, πάπιες, κίρκοι, αρπακτικά κ.α., εκ των οποίων τα 34 προστατεύονται τόσο από την Κοινοτική όσο και από την Ελληνική Νομοθεσία (Παράρτημα ΙΙ, 79/409). Ιδιαίτερη σημασία έχει η παρουσία και η αναπαραγωγή της βαλτόπαπιας (Aythyanyroca) στη λίμνη, διότι αποτελεί ένα είδος το οποίο απειλείται με εξαφάνιση παγκοσμίως, αναδεικνύοντας έτσι την περιοχή σε μια από τις ελάχιστες ανάλογου ενδιαφέροντος στην Ευρώπη.
Επίσης αλλά δέκα είδη πουλιών, συμπεριλαμβανομένου της λαγγόνας (Phalacrocoraxpygmeus) και ένα μικρό είδος κορμοράνου, είναι είδη που χρήζουν ιδιαίτερης σημασίας και προσοχής για τη διατήρηση τους (SPEC 2). Κρίνεται σκόπιμη η διαχείριση των υγρών λιβαδιών της λίμνης, με σκοπό την αποκατάστασή και τη διαφύλαξή τους, καθώς και η διαχείριση των καλαμιώνων και της παρόχθιας βλάστησης, ώστε να ενισχυθεί η διατήρηση της ορνιθοπανίδας της λίμνης.
Η λίμνη Ιωαννίνων υπήρξε παλαιότερα ένα σπουδαίο αλιευτικό πλουτοπαραγωγικό κέντρο της Δυτικής Ελλάδας. Τα κυρίως εμπορεύσιμα είδη είναι ξενικά που έχουν εισαχθεί με διάφορους τρόπους, όπως το γλήνι (1929), ο κυπρίνος (1929), η δρομίτσα (1945). Αυτόχθονα είδη ήταν η μαρίτσα, η τσίμα και τα χέλια.
Σήμερα, απαντώνται τρία είδη ψαριών τα οποία και περιλαμβάνονται στην Οδηγία της Ε.Ε. 92/43/E.E.C. (Παράρτημα ΙΙ). Πρόκειται για τα: «Μαρίτσι» (Barbusalbanicus), «Δρομίτσα» (Rutilusylikiensis) και «Τσίμα» (Phoxinellusepiroticus). Παρόλο που δεν υπάρχουν καθόλου στοιχεία αναφορικά με τα πληθυσμιακά μεγέθη, παρατηρείται κατάρρευση του πληθυσμού του σημαντικού ενδημικού είδους ψαριού Phoxinellusepiroticus (Τσίμα) τα τελευταία χρόνια. Πιθανότερες αιτίες μείωσης του πληθυσμού, εντοπίζονται στην ποιότητα του νερού, στην υποβάθμιση των φυσικών πεδίων αναπαραγωγής αλλά και στον ανταγωνισμό με άλλα είδη.
Η λίμνη φιλοξενεί 9 είδη από τα 17 συνολικά είδη αμφίβιων της Ελλάδας, εκ των οποίων 2 είδη εξ αυτών προστατεύονται αυστηρά από τη νομοθεσία. Πρόκειται για τον λοφιοφόρο τρίτωνα (Trituruscristatus) και για την κιτρινοπομπίνα (Bombinavariegata).
Η ύπαρξη ενός πλούσιου και υγιούς οικοσυστήματος είχε ως αποτέλεσμα την ύπαρξη 24 ειδών ερπετών, εκ των οποίων τα 5 προστατεύονται αυστηρά. Πρόκειται για 2 είδη χελωνών του γλυκού νερού (βαλτοχελώνα και Μεσογειακή χελώνα), την κρασπεδωτή χελώνα και 2 είδη φιδιών (λαφίτης και σπιτόφιδο).
Επιπλέον στο οικοσύστημα της λίμνης έχουν καταγραφεί και 20 είδη θηλαστικών, εκ των οποίων τα 3 προστατεύονται αυστηρά (Παράρτημα ΙΙ, Οδηγία 92/43/ΕΕC), συμπεριλαμβανομένου ενός είδους νυχτερίδας (Phinolophusferumequinum) και της βίδρας (Lutralutra), η παρουσία της τελευταίας είναι ακόμη αμφιλεγόμενη.
Τέλος, η γνώση αναφορικά με τον ασπόνδυλο πλούτο της λίμνης είναι ακόμα ελλιπής. Έχουν καταγραφεί έως σήμερα 25 είδη Ορθόπτερων, Λεπιδόπτερων και Κολεόπτερων. Ορισμένα εξ αυτών είναι ενδημικά της Δ. Ελλάδας και προστατεύονται αυστηρά (Παράρτημα ΙΙ, 92/43). Πρόκειται για την πεταλούδα (Euphydras aurinia), και δυο είδη Ορθόπτερων, το Dolichopodagreaca και το Chlorthippuslacustris, τα οποία παρουσιάζουν έντονη πτωτική πληθυσμιακή τάση. Η αποκατάσταση των υγρών λιβαδιών που βρίσκονται περιμετρικά της λίμνης και πλημμυρίζουν περιοδικά αποτελεί αναγκαιότητα για την προστασία της ασπόνδυλης πανίδας.
Τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν τα είδη πανίδας στα λιμναία οικοσυστήματα της περιοχής μελέτης, συνοψίζονται στους εξής άξονες ανθρώπινης παρέμβασης: (α) συρρίκνωση λίμνης με ταυτόχρονη επιχωμάτωση και καταστροφή παραλίμνιων ενδιαιτημάτων, (β) διατάραξη του υδατικού ισοζυγίου πηγών - καταβοθρών και κακή διαχείριση νερού, (γ) κακή ποιότητα νερού, ευτροφισμός και ρύπανση από γεωργικά, αστικά, κτηνοτροφικά λύματα (δ) άμεσες παρεμβάσεις στην υδρόβια πανίδα.
