Северный Ледовитый океан благодаря суровым климатическим условиям не отличается богатством животного мира. Океан населяет около 150 видов рыб, многие из которых являются объектом промысла (треска, сельдь, лососёвые и т. д.).
В центральной части океана (Арктический бассейн) под толщей льда комфортно только фитопланктону, поэтому в этой акватории встречаются преимущественно питающиеся планктоном китообразные – в основном гренландские киты и полосатики.
В более теплых водах Баренцева и Белого моря, а также Северо-Европейского бассейна встречаются и другие млекопитающие – моржи, тюлени (обыкновенный, гренландский, морской заяц и кольчатая нерпа), белухи и нарвалы. По неподвижному ледяному покрову или дрейфующим льдинам в поисках пищи бродят белые медведи, а остатками их пиршеств питаются забегающие с побережья песцы. На островах Арктики можно встретить северных оленей, здесь обитают также грызуны – лемминги, но большую часть суши занимают ведущие колониальный образ жизни птицы (гаги, белые гуси, кайры, чайки и др.). Для 30 видов птиц арктические острова являются местом обитания и гнездования. Встречается также полярная сова, ведущая частично кочевой образ жизни.
Многие животные Арктики отличаются покровительственной белой (светлой) окраской – одни виды круглогодично, а другие – только в зимний период. К особенностям фауны Северного Ледовитого океана относится гигантизм (медуза цианея, морской паук и пр.) и долголетие, связанное с замедленными, вследствие низких температур, обменными процессами.