Na avifauna, entre as rapinas diurnas existentes salientam-se a águia de Bonelli (Hieraetus fasciatus), a águia de asa redonda (Buteo buteo), o peneireiro (Falco tinunculus); das nocturnas salientam-se o bufo real (Bubo bubo) e a coruja das torres (Tyto alba). A perdiz (Alectoris rufa), o andorinhão real (Apus melba) e abelharucos (Merops apiaster) são, entre muitas outras, espécies que se podem observar nesta Área Protegida. Foram identificadas cerca de 300 espécies de lepidópteros (borboletas) e 450 de coleópteros (escaravelhos e afins), e há muitos outros insectos.

Alguns destes animais encontram-se protegidos por leis (convenções) internacionais, uma vez que são hoje pouco numerosos no mundo. Alguns estão em vias de extinção, outros são considerados como espécie em perigo, enfim há um conjunto de categorias para definir o perigo em que uma espécie se encontra.

Para todas elas, o nosso esforço de pretecção dos animais deve ser reforçado nestes casos, ou os nossos filhos e netos já nunca vão conhecer estes animais, excepto nas fotografias dos livros.

Consulte a lista de animais da fauna portuguesa que se encontram ameaçados.

O espaço onde se veio a formar a cadeia da Arrábida encontrava-se, durante o Mesozóico (entre 248 e 144 milhões de anos B.P.), na orla sedimentar ocidental de Portugal, mais concretamente na bacia lusitânica. Ao longo desta ter-se-iam depositado sucessivas camadas de fácies marinha constituídas por dolomites compactas, calcários marinhos, argilas lagunares e argilas húmicas.

Durante a sedimentação não houve grandes perturbações de origem tectónica, havendo apenas a registar o movimento da crosta que originou um vale na direcção N-S e que resultou num diapiro embrionário, na zona onde hoje se localiza a vila de Sesimbra.

Depois do Lusitaniano surgiram os grandes movimentos tectónicos que iniciaram a formação do relevo, com uma forte elevação e consequente erosão das regiões fronteiras à bacia lusitânica e uma nova elevação do diapiro. A fronteira continuou a subir, do que resultou um relevo muito acidentado.

Durante o Paleogénico, ou Cenozóico Inferior (entre 64 e 24 milhões de anos B.P.), deram-se no sector ocidental da cadeia, em especial no diapiro de Sesimbra, intrusões vulcâncias.

No Oligocénico (ou Paleogénico Superior), a bacia mesozóica foi quase completamente coberta por um grande mar interior, em que foram depositados lamas vermelhas, conjuntamente com calcários brancos de água doce e ainda conglomerados e areia.

No Burdigaliano deu-se nova trangressão: o mar do Miocénico (há cerca de 24 milhões de anos) cobriu todo o território e depositou calcários, argilas e areias. No Miocénico superior (ou Helveciano) a área da actual cadeia foi sacudida por uma forte orogénese e dobrada num sistema de anticlinais de eixos paralelos, tendo as estruturas sido bastante elevadas e fortemente erosionadas. No Turoniano deu-se nova regressão do mar, acompanhada de elevação das estruturas.

No Pliocénico, ou Cenozóico Médio, a estrutura da Arrábida sofreu uma forte aplanação e só as serras da Arrábida e de S. Luís apareciam acima da superfície aplanada, como montes-ilhas.

Assim, a construção tectónica da cadeia consta da estrutura diapírica de Sesimbra, de origem mais antiga, e do sistema alpídico de estruturas anticlinais, de formação mais recente (anticlinais do Espichel, do Burgau e do Risco e Solitário).

Relação bioclimática: Segundo Rivas-Martinez existem na Arrábida, 2 dos 6 termotipos dos pisos bioclimáticos mediterrânicos; o termomediterrânico, cujo indíce de termicidade [It=(T+m+M); em que T=temperatura média anual, m=temperatura média da mínimas do mês mais friodo ano, M=temperatura média das máximas do mês mais quente do ano] está compreendido entre 350 e 450 e o mesomediterrânico, cujo índice de termicidade está compreendido entre 210 e 350.