En algunos grupos de animales, como los moluscos y los anfibios, el endemismo puede alcanzar valores superiores al 90%; en los reptiles es de un 80%. Algunas especies de la isla son muy famosas internacionalmente como las polimitas, caracoles exclusivos de las provincias orientales y de las que nunca se podrán hallar dos iguales: tal es el dinamismo del color. El tocororo, de la familia del quetzal y que reproduce en su plumaje los colores de la bandera cubana, es el ave nacional. Los mamíferos terrestres están representados por las jutías, los murciélagos y el almiquí. El zunzuncito o pájaro mosca, el alacrán Microtytus, la ranita cubana, y el sijucito, se encuentran entre las especies más pequeñas del mundo. Algunas especies en peligro de extinción son la jutía conga, el almiquí, el carpintero real, el cocodrilo cubano y el manatí, entre otras. Los arrecifes coralinos de la isla se consideran los mejor conservados de toda el área del Caribe.

Tal riqueza se encuentra dispersa en diferentes ecosistemas, de los cuales el 75% son llanuras, el 18% montañas, y un 4% de humedales. La alta biodiversidad también puede apreciarse en diferentes paisajes que se combinan entre los semidesiertos y montes secos, hasta los bosques húmedos y tropicales. Hay un total de 8 665.8 km2 de zonas protegidas. No hay plantas ni animales peligrosos al hombre.