Adaptadas al ambiente estepario se encuentran maras ("liebres patagónicas"), algunos guanacos, zorros, culpeos, choiques ( o "avestruz patagónico"), zorrinos, armadillos como el Zaedyus pichiy, y gran cantidad de diferentes especies de aves entre las que se destacan los pingüinos de Magallanes, las gaviotas (en especial la especie Larus dominicanus), caracaras, caranchos, chimangos, elefantes marinos y lobos marinos; por otra parte los pumas, yaguares y cóndores que llegaban a merodear hasta estas costas patagónicas fueron exterminados a fines del siglo XIX.

En las costas la fauna marina es abundante y variada. Por ley provincial, se ha creado el Área Natural Protegida Península Valdés, que comprende su espacio terrestre, áereo y una franja de tres millas marinas a su alrededor.

La península tiene una peculiar situación climática, pues está a la pluvisombra de la cordillera de los Andes, y además recibe los beneficios de su cercanía con el mar, aumentados por su forma de hongo que incrementa su línea costera. El panorama parece estéril a primera vista pues es llano y con vegetación predominantemente arbustiva y espinosa.