FAUNA
Existen varios factores que convierten a los bosques y pastizales naturales conservados de esta zona en importantes reservorios de fauna silvestre. Los altos endemismos de la región se atribuyen a las características fisiográficas y topográficas de la misma, ya que conforman innumerables hábitat que han actuado como elementos aislantes, ocasionando que muchos animales no puedan migrar fácilmente.
La perturbación humana sobre los hábitat naturales avanza de abajo hacia arriba, reduciéndolos y aislándolos cada vez más. Además de la destrucción directa de su hábitat, por la tala, los incendios y la ganadería extensiva, la fauna sufre por la caza deportiva y de subsistencia, así como por su comercio ilegal; incluso las actividades turísticas mal controladas contribuyen a diezmar las poblaciones de los animales.
Mamíferos
Dentro del parque se encuentran 16 familias, 37 géneros y 51 especies de mamíferos. Ocho especies son endémicas; cuatro están bajo protección especial y una está amenazada.
Los roedores son los mejor representados, incluyen tuzas, ardillas y ratones; le sigue el orden de los carnívoros, como gato montés, zorros, zorrillos, coyotes y mapaches, entre otros; los quirópteros (murciélagos) ocupan el tercer lugar; con menos especies se encuentran los insectívoros (musarañas), y finalmente los lagomorfos (conejos).
Sin duda alguna, el conejo zacatuche o teporingo (Romerolagus diazi), que por sus características óseas se considera una especie primitiva, es una de las especies más carismáticas de este parque nacional y es nuestra especie emblema. El estado de conservación de sus poblaciones se considera de regular a buena; las colonias cercanas al Popocatépetl están en mejores condiciones y en las zonas en donde se permite el acceso al parque las poblaciones se encuentran bajo mayor presión, lo cual ha limitado su desarrollo y expansión. Es una especie endémica y protegida por la NOM-059-SEMARNAT-2001. Otras especies protegidas son: Sorex saussurei, Myotis velifer y Dipodomys phillipsi. Entre los mamíferos endémicos se encuentran la musaraña Cryptotis goldmani, los conejos Sylvilagus floridanus y Sylvilagus cunicularius, el ratón de los volcanes Neotomodon alstoni y Peromyscus difficilis; mientras que el tejón Taxidea taxus es una especie amenazada.
A pesar de ser víctima de una gran presión por parte de los pobladores de la zona de influencia del parque, quienes lo cazan para alimentarse, se han reportado individuos de venado cola blanca. También se tienen registros de la presencia de lince o gato montés (Lynx rufus escuinapae).

Reptiles
México ocupa el primer lugar en el mundo en diversidad de reptiles, con más de 700 especies registradas. En este parque los reptiles únicamente se encuentran representados por 10 especies pertenecientes a siete géneros en cinco familias.
Los reptiles que habitan en el Izta-Popo se han adaptado a las condiciones extremas características de la región; así, podemos encontrar lagartijas a temperaturas menores de 0º C y alturas de hasta 4,200 msnm.
Se tienen registradas dos especies de víboras de cascabel Crotalus triseriatus y Sistrurus ravus, esta última endémica y protegida. También se distribuyen especies como el alicante del Popocatépetl o dragoncito (Barisia imbricata), endémica y protegida; lagartijas como Sceloporus aeneus , S. mucronatus y S. grammicus, protegida; víboras como Thamnophis scalaris, conocida como culebra listonada de montaña, especie endémica y amenazada; la culebra cola larga Thamnophis eques también se encuentra amenazada.
Anfibios
El grupo está representado por los órdenes Caudata y Salientia;comprende tres familias: Plethodontidae, Ambystomaitidae e Hylidae y seis especies. El tlaconete leproso o salamandra (Pseudoeurycea leprosa) es una especie amenazada y endémica; el tlaconete regordete (Pseudoeurycea cephalica) está amenazado; la salamandra pie plano (Chiropterotriton chiropterus) es una especie endémica y protegida; el ajolote (Ambistoma altamirani) es endémico, mientras que la rana plegada (Hyla plicata) es una especie amenazada y endémica.
Aves
Los volcanes Iztaccíhuatl y Popocatépetl están considerados por la CONABIO como Área de Importancia para la Conservación de las Aves (AICA). Algunas aves que se encuentran en la región son gavilancillo, aguilillas, correcaminos, codorniz, lechuza, búho, cuervo, cenzontle, jilguero, calandria, gorrión, azulejo, tórtola, coquito, chillón, tigrillo, primavera, carpintero, colibrí, chochoyota, seseto, cardenal, cacaxtle o chara, tordo y mulato.
El grupo está representado por 10 órdenes, divididos en 31 familias, 104 géneros y 162 especies. De ellas, seis especies son endémicas y siete están protegidas por la NOM-059-SEMARNAT-2001, el halcón peregrino (Falco peregrinus), la codorniz coluda (Dendrortyx macroura); el tecolote serrano (Glaucidium gnoma), el vencejo nuca blanca (Streptoprocne semicollaris), el clarín norteño (Myadestes townsendi), el mirlo pinta (Ridgwayia pinicola) y el gorrión serrano (Xenospiza baileyi); mientras que el tecolote cornudo (Bubo virginianus), se encuentra amenazado.
El 75 % de esas aves son residentes de esta zona, mientras que el 25 % restante ocupa este sitio como paso durante sus migraciones.
Se tiene referencia de algunas aves como la gallina de monte (Denrdrotyx macroura), el búho o tecolote cornudo (Bubo virginianus), especie endémica; tecolote serrano (Glaucidium gnoma), vencejo (Streptoprogne semicollaris), también endémico; colibríes (Atthis heloisa), saltón de gorro (Atlapetes pileatus), saltón de tuxtala (Buarremon apertus virenticeps), carpintero de perchera (Colaptes auratus), y rojillo (Ergaticus ruber), entre otros.

Se han tenido avistamientos de aguililla de cola roja y halcón peregrino principalmente en las zonas medias del corredor Altzomoni y Tlamacas, que coincide con las áreas de mayor población de roedores, lo que puede estar indicando que se tienen condiciones favorables para su refugio y reproducción y que el ecosistema se encuentra en buen estado de conservación.
Especies introducidas
El ganado (caprino, bovino y lanar) por mucho tiempo colonizó el área protegida, afectando los ecosistemas. Actualmente su colonización se ve restringida gracias a los trabajos de desganaderización que realiza el parque, junto con las comunidades y las autoridades municipales.

Otras especies
En el límite entre el municipio de Atlautla y el parque nacional, dentro del bosque de oyamel en la cota de los 3,200 msnm, contamos con la visita anual de mariposas monarcas (Dannaus plexippus) que llegan, desde Estados Unidos y Canadá, a invernar a estos bosques. Esta colonia de monarcas es una de las más australes en cuanto a distribución altitudinal. Se han iniciado los trabajos técnicos y de concertación social que permitan eliminar la presión social (pastoreo, incendios y tala) y se puedan establecer bases firmes de conservación de un Santuario, bajo el amparo del Decreto de 1980 que protege el hábitat de la mariposa monarca en todo el territorio nacional.