Les Baronnies disposent d'un remarquable éventail de milieux rocheux : gorges, falaises, éboulis, grottes etc… Ces milieux abritent des espèces particulières tel que le Chamois Rupicapra, le Vautour fauve et le Vautour percnoptère, l'Aigle royal Aquila chrysaetos, de nombreuses espèces de chauves-souris, une flore spécifique etc…
Plus de cent espèces d'oiseaux se reproduisent dans les Baronnies. L'influence méditerranéenne marquée fait que sur ce massif plusieurs espèces trouvent leur limite nord de répartition. C'est le cas par exemple du Vautour percnoptère, du Traquet oreillard Oenanthe hispanica, de la Fauvette à lunette Sylvia conspicillata ou de l'Hirondelle rousseline Hirundo daurica (première reproduction en 1999).
 
D'autres espèces, assez bien représentées dans les Baronnies deviennent rares au nord du massif comme le Merle bleu Monticola solitarius, la Fauvette mélanocéphale Sylvia melanocephala ou la Fauvette orphée Sylvia hortensis. Les zones rupestres sont habitées par des espèces remarquables comme l'Aigle royal, le Vautour fauve, le Vautour percnoptère, le Faucon pèlerin Falco peregrinus, le Grand-duc d'Europe Bubo bubo, le Martinet à ventre blanc Apus melba …Dans la partie orientale des Baronnies apparaissent, au-dessus de 1000 m., quelques espèces montagnardes telles que le Tétras lyre Tetrao tetrix, la Gélinotte des bois Bonasa bonasia ou le Grimpereau des bois Certhia familiaris. Ces espèces de montagne ont des effectifs faibles et sont très localisées.
 
Depuis les années 70, le Castor "Castor fiber" a recolonisé, depuis la Vallée du Rhône, toutes les rivières des Baronnies. Le niveau des rivières parfois très bas en été l'oblige à construire des barrages quelquefois spectaculaires. Depuis la mise en place du plan de chasse pour le Chamois Rupicapra, cette espèce a vu ses effectifs s'accroître, ce qui a eu pour conséquence une colonisation de tous les sites rocheux de la région, de 400 à 1600 m. d'altitude, y compris sur les versants les plus chauds du massif.
Le Sanglier Sus scrofa est omniprésent dans les Baronnies et fréquente presque tous les milieux, des rivières aux sommets les plus élevés. Le Chevreuil Capreolus a recolonisé le Massif des Baronnies il y a seulement une trentaine d'années. Lorsque les prélèvements cynégétiques sont corrects, des densités assez fortes sont souvent observées. Le Cerf Cervus elaphus est observé régulièrement dans les Baronnies grâce à la présence des populations du Mont Ventoux au sud et du Diois au nord. La Fouine Martes foina, le Blaireau Meles et le Renard sont les carnivores les plus communs.
 
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