Cuando los primeros colonos llegaron a Madeira, los únicos mamíferos que encontraron fueron murciélagos, uno de ellos es endémico: el murciélago de Madeira. Todos los demás mamíferos terrestres, desde los conejos hasta las ratas, desde los caballos hasta las cabras y desde las vacas hasta los perros, fueron introducidos por el hombre. De las aproximadamente 3.300 especies de invertebrados catalogadas, la mayoría caracoles o insectos microscópicos, casi el treinta por ciento son exclusivas de Madeira.
En el archipiélago se identificaron 42 especies de aves, nueve de las cuales son endémicas. Las islas forman parte de dos de los santuarios de aves marinas más grandes del mundo: las Islas Desertas y Selvagens, vitales para su anidación. La freira-da-Madeira, un ave extremadamente rara y que se creía extinta, fue redescubierta en 1969 gracias al trabajo del ornitólogo local Alec Zino. Sus observaciones, complementadas con análisis de ADN, mostraron que se trataba de un tipo diferente de petrel de Fea. Llegó a ser conocido como Freira-da-Madeira o petrel de Zino. Esta pequeña ave marina de color blanco y negro, se aparea en las montañas centrales de la isla y sólo pone un huevo al año. Se estima que la población se limita a 40 parejas, siendo esta una de las especies donde ambos compañeros se mantienen fieles de por vida.
La paloma de Madeira sólo existe en la laurisilva, con una población total estimada de 10.300 individuos. Igualmente interesantes son la traga-la-montaña, las pasarelas, el calcamar, el pinzón, el reyezuelo listado y el cigarrillo. Algunos anfibios y reptiles, a excepción de los lagartos endémicos de Madeira, son muy comunes en los jardines de Funchal.
Las aguas de Madeira son un paraíso para los mamíferos marinos. La más famosa es la foca monje, también conocida como pez lobo. La población censada no superará el medio millar de animales repartidos desde la costa noroeste de África hasta Madeira. Una colonia de más de 20 miembros vive en la Reserva Natural de las Desiertas, realizando frecuentes incursiones en la Ponta de São Lourenço. Aquí evolucionan delfines de diversas especies y se pueden observar 18 tipos de ballenas en estas aguas.
La Reserva Natural de Garajau, está situada al este de Funchal, ocupando una superficie marítima de más de 376 hectáreas. También se pueden observar en esta mera zona protegida, morenas pintadas, anguilas de jardín, rayas o tortugas. De aguas cristalinas y es un gran lugar para bucear y descubrir la vida marina.
Muchos entusiastas de la pesca deportiva acuden a Madeira para capturar marlin, atún azul o atún récord, cuyo peso llega a superar los 300 kg. De mayo a septiembre, barcos y jets privados traen a decenas de pescadores interesados por la riqueza de estas aguas profundas del Atlántico. En Madeira se ha ganado varias veces el prestigioso campeonato mundial de pesca del marlin azul premium. Otras especies muy apreciadas por los amantes de la pesca deportiva son el marlin blanco, el pez espada, la caballa de la India, la rabilha, el patudo, el atún blanco, el atún blanco, el listado y la barracuda.
La mayoría de los pescadores se adhirieron al sistema “marcar y soltar”, devolviendo al mar el marlin azul luego de puntuarlo con la etiqueta respectiva. Participar en una expedición de pesca deportiva, en una embarcación preparada para este deporte, es una experiencia emocionante. Se necesita mucha paciencia e ingenio para capturar un magnífico marlin azul, pero incluso eso no se logra, la aventura es extraordinaria.