Північний Льодовитий океан завдяки суворим кліматичним умовам не вирізняється багатством тваринного світу. Океан населяє близько 150 видів риб, багато з яких є об’єктом промислу (тріска, оселедець, лососеві та ін.).
У центральній частині океану (Арктичний басейн) під товщею льоду комфортно тільки фітопланктону, тому в цій акваторії зустрічаються переважно китоподібні, котрі харчуються планктоном – в основному гренландські кити і смугачі.
У більш теплих водах Баренцового і Білого морів, а також у Північно-європейському басейні зустрічаються також інші ссавці – моржі, тюлені (звичайний, гренландський, морський заєць і кільчаста нерпа), білухи і нарвали. По нерухомому крижаному покриву або дрейфуючій кризі у пошуках їжі бродять білі ведмеді, а залишками їхніх бенкетів, харчуються забігаючі із узбережжя песці. На островах Арктики можна зустріти північних оленів, тут мешкають також гризуни – лемінги, але більшу частину суші займають птахи що ведуть колоніальний спосіб життя (гаги, білі гуси, кайри, чайки та ін.) Для 30 видів птахів арктичні острови є місцем проживання та гніздування. Зустрічається також полярна сова, котра веде, частково кочовий спосіб життя.
Багато тварин Арктики відрізняються захисним білим (світлим) забарвленням – одні види цілий рік, а інші – тільки у зимовий період. До особливостей фауни Північного Льодовитого океану відноситься гігантизм (медуза ціанея, морський павук та ін.) і довголіття, пов’язане із уповільненим, внаслідок низьких температур, процесом обміну речовин.