Le bois du Grand Monchau faisant partie du vaste ensemble boisé des Collines, on peut y rencontrer la plupart des espèces répertoriées dans cette zone (cfr. Site 9, Bois d'Hubermont...), en particulier en ce qui concerne l'avifaune, très riche.
Quant à l'herpétofaune, le biotope est extrêmement favorable à la reproduction de la salamandre terrestre (Salamandra salamandra), du triton alpestre (Triturus alpestris), observé dans la mare d'une ornière, du triton palmé (Triturus helveticus), du triton vulgaire (Triturus vulgaris), ainsi que de la grenouille rousse (Rana temporaria) et de l'orvet (Anguis fragilis), espèces toutes recensées dans la région des Collines.
Comme représentant des Lépidoptères, signalons le Tircis (Pararge aegeria).