Regimul de protecție a Masivului Ceahlău are la bază înființarea Parcului Național Ceahlău – arie protejată de interes național. Prin acest demers s-a dorit ca în zonă să se păstreze un eșantion reprezentativ bio-geografic pentru munții României, împreună cu profunda valoare spirituală a muntelui. Fauna și vegetația prezente aici au determinat încadrarea Parcului și a Masivului Ceahlău în sistemul de arii protejate Natura 2000, zona fiind astfel recunoscută ca un refugiu pentru specii rare și amenințate la nivel european, care se regăsesc în anexele Directivelor Habitate și Păsări. O parte din speciile prezente aici sunt specii prioritare – pentru a căror conservare Comunitatea Europeană are o responsabilitate specială datorită proporției reduse a arealului acestora pe teritoriul Uniunii Europene.

În Masivul Ceahlău regăsim o faună bogată de vertebrate, printre care 30 de specii de mamifere (râs, urs, lup, capră neagră, dar și specii de lilieci care au nevoie de păduri cu biodiversitate ridicată și arbori bătrâni, cu scorburi sau trunchiuri parțial uscate), 18 specii de reptile și amfibieni (dintre care amfibienii sunt un grup puternic amenințat la nivel global), precum și 7 specii de pești. De asemenea, masivul reprezintă teritoriu de reproducere și hrănire pentru aproximativ 121 de specii de păsări, numeroase fiind protejate la nivel național și european.
Mozaicul de păduri (de vârste și compoziții diferite), împreună cu numeroasele pajiști din zonă, majoritatea administrate sustenabil, ca fânețe, asigură habitate de calitate pentru diverse specii de păsări (vezi Importanța conservării speciilor de păsări). Printre cele mai comune specii protejate, vizibile vizitatorilor, sunt ciocănitorile ( ciocănitoarea cu trei degete în special), cocoșul de munte, corbii și specile de răpitoare diurne – șoimi și șorecari, toată cohorta de pițigoi din pădure și brumărițele din zona jneapănului. Cu un pic de noroc, vizitatorul poate vedea fluturași de stâncă, păsări mici dar spectaculoase, cu zborul lor sacadat și penaj roșu, iar în perioada de iarnă, forfecuțele cu ciocul lor special, care desfac conuri și își cresc puii în timpul zăpezilor.

Nevertebratele din Masivul Ceahlău sunt reprezentate (la nivelul actual de cunoaștere) de aproximativ 1.100 de specii ce aparţin claselor viermi, moluşte, crustacee, miriapode, arahnide şi insecte, dintre care, majoritatea (peste 1.000 de specii), sunt insecte.
Muntele Ceahlău constituie, din punct de vedere al bogăției genetice a speciilor, un rezervor important în Europa și prezintă un pronunţat caracter de centru de endemism.
De exemplu, dintre cele 72 de specii de plecoptere înregistrate în zonă, 5 au fost descrise ca fiind noi pentru ştiinţă, în timp ce, la himenopterele calcidoide, dintre cele 36 specii inventariate 2 au fost nou descoperite.

Plecopterele sunt insecte ale căror larve se dezvoltă în ape, preferabil reci și foarte curate, prezența acestora fiind un indicator pentru sănătatea pâraielor, iar Himenopterele calcidoide sunt specii de viespi mici ale căror larve se dezvoltă în ouăle și larvele altor insecte.
Unele specii de calcidoide sunt folosite de către om pentru a înlocui pesticidele chimice în diverse culturi, acestea omorând, de exemplu, „viermii” – moliile merelor. Prin urmare, păstrarea unui habitat natural, cu multe specii sălbatice, reprezintă și o ”bancă” de posibili noi aliați biologici ai omului în diverse activități economice cu impact redus asupra mediului și asupra sănătății noastre (combaterea dăunătorilor culturilor prin metode biologice). De asemenea, dintre speciile descrise recent se evidențiază ”cosașul Dochiei” (Isophya dochia Iorgu), descoperit în anul 2012, care ne confirmă valoarea habitatelor prezente în Masivul Ceahlău, precum și valoarea de rezervor de biodiversitate a muntelui.