Серед хребетних тварин у заповіднику мешкають 233 види птахів, 53 види ссавців, 11 видів земноводних, 8 видів плазунів, 37 видів риб та 1 вид круглоротих, у тому числі чимало рідкісних видів. Щороку на Дніпрі біля заповідних островів зимує до 14 особин орлана-білохвоста, а з 1996 року цей птах почав гніздитись у заповіднику. Трапляється на прольоті чорний лелека. Неодноразово зустрічались змієїд і балобан. На острові Круглик є велика колонія чаплі сірої - близько 150 гнізд. На прольоті у порівняно великій кількості бувають на островах велика та мала білі чаплі.

Велике значення має заповідник і як місце відпочинку птахів під час прольотів. Восени в затоках і затопленому лісі на Круглику можна бачити великі зграї качок, куликів, мартинів.

Із ссавців звичними мешканцями заповідника є козулі, кабани, лисиці, зайці, борсуки, трапляються лосі. На островах постійно живуть кілька сімей бобрів, біля води можна побачити сліди видри та норки.

Із земноводних поширені жаби гостроморда, трав'яна і ставкова, ропуха сіра, квакша, часничниця. Трапляються тритони звичайний та гребінчастий. Серед плазунів найчисленнішими є ящірки зелена та прудка, вуж, рідше трапляються веретільниця, мідянка, гадюка звичайна (чорна та плямиста форми).

Загалом на території заповідника зберігається 26 видів тварин, занесених до Європейського червоного списку, 83 види, занесені до Червоної книги України, та 175 видів тварин, що підлягають особливій охороні згідно з Бернською конвенцією.

Без перебільшення можна сказати, що екосистеми Канівського заповідника є одними з найбільш вивчених в Україні. Фахівцями різних галузей опубліковано понад 3500 наукових праць, присвячених заповіднику. Науковцями заповідника з 1968 року ведеться "Літопис природи" - основний звітний документ наукового відділу. На постійних пробних ділянках проводяться регулярні спостереження за річною та сезонною динамікою рослинного покриву. Накопичено досвід ведення комплексних екологічних досліджень, складено геоботанічну, ландшафтну та ґрунтову карти заповідника, проведено інвентаризацію основних груп рослин, тварин і грибів.

Актуальним і перспективним для заповідника є вивчення сукцесійних процесів, що дає змогу прогнозувати розвиток екосистем, збереження рідкісних видів та підтримання біорізноманіття.

Не менш важливим для заповідника є вивчення інтродукованих видів рослин і тварин. Деякі з них поводять себе досить агресивно відносно місцевих видів. Так, акація біла, клен американський та аморфа кущова вже займають значні площі, потіснивши аборигенні деревні та чагарникові види. Завезена десятки років тому американська норка витісняє європейську. Тому актуальним стало прогнозування подальшого розвитку природних комплексів загалом і стану окремих популяцій місцевих та інтродукованих видів.

Оскільки м. Канів є значним туристичним центром (Тарасову гору щороку відвідують до 300 тис. туристів), заповідник частково виконує і роль національного парку. Науковці розробили кілька екологічних стежок для організованих екскурсій. Особливою популярністю у відвідувачів користується музей природи, розташований на території садиби заповідника в меморіальному будинку академіка М. Ф. Біляшівського. Експозиція музею складається із 7 відділів (археологічного, палеонтологічного, лісового, ботанічного, зоологічного, відділу загальної екології, відділу вшанування пам'яті першого ректора Київського університету - професора М. Максимовича) та двох меморіальних кімнат академіка М. Ф. Біляшівського. Вона побудована виключно на багатющому місцевому матеріалі, а деякі експонати могли б стати справжньою окрасою провідних музеїв світу. Такими є кам'яні жіночі фігурки епохи палеоліту, кам'яні знаряддя праці, кераміка трипільської культури, елементи прикрас ранньослов'янського періоду.

У відділі палеонтології вражають людську уяву скам'янілі бивні та зуби мамонта, роги гігантського оленя, зуби акули лямна, "чортові пальці" та ін. Лісовий відділ розкриває перед відвідувачами таємниці життя лісу, а ботанічний, ніби продовжуючи цю тему, оповідає про рідкісні та лікарські рослини рідного краю, про ті величезні можливості, які має природа у відновленні та підтриманні нашого здоров'я. У зоологічному відділі одночасно можна милуватися чудовою колекцією метеликів, опудалами граціозної козулі, плямистого оленя, лося, кабана, суворого і гордого вовка, могутнього орла-беркута тощо. Експозиція відділу загальної екології розповідає про історію охорони природи, заповідної справи, про ті біди, яких зазнають люди від варварського ставлення до природи, порушення її законів. У відділі вшанування пам'яті першого ректора Київського університету можна дізнатися про його творчу та велику історико-культурну спадщину.

Невід'ємною частиною історії заповідника є життя і творчість великого вченого, історика, археолога, краєзнавця, фундатора Українського історичного музею академіка Миколи Федоровича Біляшівського. У двох невеликих меморіальних кімнатах музею представлено багато оригінальних документів про життя і творчість ученого.

Канівський заповідник дає змогу віч-на-віч спілкуватися з природою, яка живе за своїми мудрими законами і навчає нас пізнавати розумом і серцем красу і добро цього неповторного світу.