Ezen a vidéken több mint 1,8 millió növényevő és több ezer ragadozó állat él. Elterjedtek a gnúk, gazellák, zebrák, kafferbivalyok és a rájuk vadászó oroszlánok. A gnúkra, zebrákra, a Thomson-gazellákra és a jávorantilopokra elsősorban kiterjedt vándorlás jellemző, amire a száraz és esős évszak váltakozása miatt indulnak. A pleisztocén kor óta minden évben keresztülvándorolnak a Serengetin északról délre haladva, átlépve a szomszédos Masai Mara Nemzeti Parkba is, majd vissza ugyanezen az útvonalon.
A Serengeti Nemzeti Park tartja el pillanatnyilag a legnagyobb tömegű állatot. Repülőgépes állatszámlálások során megállapították, hogy 370.000 nagyvad ál a parkban, amelyből túlnyomó többség növényevő. Minden négyzetkilométeren 30 állat legel, amely már a terület eltartó képességének határán van. Éppen ezért hoztak létre itt egy kutatóintézetet, amely az állatok viselkedését, az állatközösségek összetételét, táplálkozását vizsgálja, hogy az esetleges túlszaporodásokból adódó problémák még időben, megfelelő állományszabályozással elkerülhetők legyenek. A területen élő állatok közül meg kell említeni a nagy számban élő gnúkat (Connochaetes sp.), tomson (Gazella thomsoni) és grant gazellákat (Gazella granti), kaffer bivalyokat (Syncerus caffer), zsiráfokat (Giraffa camelopardalis), orrszarvukat (Diceros bicornis), impalákat (Aepyceros melampus), elefántokat (Loxodonta africana). A ragadozók közül különösen szép az oroszlán állomány (Panthera leo), de van leopárd (Panthera pardus), és gepárd (Aciononyx jubatus) is. A dögök eltakarításában a csíkos (Hyaena hyaena) és foltos hiénák (Crocuta crocuta), valamint a sakálok (Canis mesomelas) vesznek részt a nagyszámú keselyű mellett. A kutatók a Serengetin több, mint 500 madár fajt mutattak ki, amelyek között olyanok is vannak, mint az óriás túzzok (Ardeotis cori), a strucc (Struthio camelus), és a kigyász keselyű (Sagittarius serpentarius). A szavanna ernyő akáciáin (Acacia giraffae) szinte tömegesen fészkelnek a különböző szövőpintyek. Tehát a világ egyik legszebb és leggazdagabb szabadtéri állatkertjét őrzik itt, amelyet sajnos az egyre szaporodó orvvadászat fenyeget.