Taman nasional ini merupakan habitat dari satwa langka dan dilindungi seperti siamang (Hylobates syndactylus syndactylus), beruk (Macaca nemestrina), macan dahan (Neofelis nebulosa diardi), kancil (Tragulus javanicus kanchil), beruang madu (Helarctos malayanus malayanus), kijang (Muntiacus muntjak montanus), meong congkok (Prionailurus bengalensis sumatrana), lutra Sumatera (Lutra sumatrana), ajag (Cuon alpinus sumatrensis), kelinci Sumatera (Nesolagus netscheri), elang ular bido (Spilornis cheela malayensis), dan lain-lain.
Masyarakat asli suku Anak Dalam (Orang Rimba) juga telah mendiami hutan Taman Nasional Bukit Duabelas selama puluhan tahun.

Suku Anak Dalam menyebut hutan yang ada di Taman Nasional Bukit Duabelas sebagai daerah pengembaraan; dimana mereka berinteraksi dengan alam, saling memberi, saling memelihara dan saling menghidupi. Untuk memenuhi kebutuhan hidupnya, suku Anak Dalam melakukan kegiatan berburu babi, mencari ikan, mencari madu, dan menyadap karet untuk dijual.