Theo eoearth, có rất nhiều loài động vật có vú, chim, cá, lưỡng cư và bò sát có thể tìm thấy ở sa mạc Simpson. Khu vực này có mức độ đa dạng sinh học cao hơn hầu hết các vùng khô hạn của Úc do vị trí gần các vùng ngập lụt lớn.
Sa mạc Simpson có thể hỗ trợ nhiều loại động vật hoang dã do lũ lụt thường xuyên. Lũ lụt bắt nguồn từ bên ngoài sa mạc, nhưng sẽ tràn vào khu vực. Lũ lụt có xu hướng xảy ra trong khoảng thời gian từ 2 đến 3 năm, điều này tạo ra các vùng đất ngập nước tạm thời. Những vùng đất ngập nước này là nơi sinh sản quan trọng của nhiều loài cá, đồng thời là nơi trú ngụ của các loài chim như bồ nông Úc, thiên nga đen và cò.
Nhiều loài động vật sống trong sa mạc Simpson sống về đêm, tận dụng nhiệt độ hạ thấp vào ban đêm; để tránh nắng nóng ban ngày chúng sẽ đào hang dưới đất. Một số loài động vật sống về đêm này bao gồm chim bìm bịp, chuột nhảy lông đen và dunnart chân lông.
