新加坡夜間動物園擁有豐富的動物種類，包括哺乳動物、鳥類、爬蟲類動物等。其中，許多動物是瀕臨絕種的物種，如科摩多龍、睡熊、金絲猴、亞洲象、馬來貘、馬來虎等。此外，還有獅子、老虎、長頸鹿、斑馬、河馬等常見動物。
在夜間動物園的不同區域，遊客可以看到特定的動物。例如，在漁貓小徑可以見到新加坡本土動物如漁貓、熊狸、穿山甲等；花豹小徑主要展示亞洲大陸上的神祕動物，如雲豹、亞洲獅等；東站小徑則是亞洲與非洲動物的家園，有非洲野豬和蘇拉威西島鹿豬等；袋獾小徑有全世界體型最大的肉食性有袋動物——袋獾，以及模擬真實洞穴的“納拉庫特巖洞”，內有火腳蜘蛛、亞洲雨林蠍等神祕動物。
此外，還有一些表演動物，如美洲獅、熊狸、東方小爪水獺、網紋蟒蛇等。