Ha egy barlang élővilágára gondolunk, az első amit hozzá kapcsolunk, a denevér. Ám mellettük sok más érdekes állatnak is otthonául szolgál.
A barlang élővilágának szisztematikus, minden élőhelytípusra és a lehető legtöbb élőlénycsoportra kiterjedő gyűjtését és az anyag feldolgozását több alkalommal, többé-kevésbé ismételve elvégezték. A barlang változatosságának köszönhetően a kimutatott fajszám igen magas. Az élővilágára vonatkozó első írásos emlékek két évszázadosak, hiszen már Raisz Keresztély (1806) is megemlékezett a denevérek nagy számáról, Vass Imre (1831) pedig már a barlangi vakászkát is megfigyelte. Tudományos igényű zoológiai munkát először a 19. sz. negyvenes éveiben Petényi Salamon János és Frivaldszky Imre, majd a következő évtizedekben Frivaldszky János, Schmidl Adolf, Horváth Géza és Kriesch János végeztek. Vizsgálatainak eredményeképpen előkerültek a barlang legjellemzőbb állatfajai, mint a szemercsés vakászka (Mesoniscus graniger) és a Porrhomma rosenhaueri ill. Meta menardi néven ismert pókfajok. Döntő momentum volt, amikor 1903-ban Kormos Tódor és Győrffy Jenő az osztrák aprófutonc (Trechus austriacus) mellett megtalálta a magyar vakfutrinkát (Duvalius hungaricus). Ennek a felfedezésnek köszönhető, hogy az akkoriban divatosnak számító vakbogárkutatás szinte minden jelentős képviselője végzett gyűjtőmunkát a Baradla-barlangban, így többek között Csiki Ernő, Bokor Elemér és maga Karl Holdhaus is. A 20. sz. első felében Bokor Elemér, majd Dudich Endre vezetésével kiterjedt és számos specialista bevonásával végzett vizsgálatsorozat zajlott. Ennek köszönhető, hogy a barlangból ma már több mint 500 állatfajt sikerült kimutatni, köztük a karsztvidék barlangjaira jellemző endemizmusokat (bennszülött fajt) is: kétszárnyúakat, ugróvillásokat, hengeresférgeket, gyűrűsférgeket, egysejtűeket, rákokat. Leggyakrabban a barlangi vízfolyásokban, vagy tócsákban pillanthatjuk meg az aggteleki vakbolharákot (Niphargus aggtelekiensis). A mikológiai és bakteriológiai kutatások, melyek Dudich irányításával Moesz Gusztáv, Sherffel A. később Molnár Mihály, majd Zeller Lídia nevéhez fűződtek számos gomba- és baktériumfaj előfordulását regisztrálták. Ennek ellenére a barlang levegője úgyszólván „sterilnek” tekinthető. Feltűnőek a vas-mangán baktériumok által kiválasztott, a falakon, kavicshordalékon mindenfelé látható fényes fekete mangán-oxid bevonatok.
A látogatóforgalom növekedése átalakította a denevérek fajösszetételét. A tömeges fajok (elsősorban Myotisok) helyét a zavarástűrőbb Rhinolophusok vették át. Ugyancsak az idegenforgalom, ill. kiépítés hatása mutatkozik meg a lámpaflóra megjelenésében és az élő ill. holt növényi részeket fogyasztó fajok (pl. Mesoniscus graniger) egyedszámának növekedésében. A barlang másik kiemelendő sajátossága, hogy az ún. bejáratos, azaz közvetlen és nyílt felszíni összeköttetéssel bíró barlangok közé tartozik. Ennek megfelelően jellegzetes és kiterjedt bejárati régiókkal és ezeket jellemző faunációkkal (chasma) jellemezhető. Jellegzetes chasmofil-chasmobiont taxonok a kétszárnyúak, holyvák, denevérek, lepkék, és a barlangi keresztespókok (Meta menardi ill.M. merianae). A denevérfaunájában kiemelkedő jelentőségű a három patkósorrú Rhinolophus faj, a legritkább a kereknyergű patkós denevér (Rhinolophus euryale) néha ezer fölötti egyedszámmal is megfigyelhető.