Les carnivores sont fréquents, certains ont pu être chassés par les Hommes, d’autres ont vécu et sont morts dans la grotte, abandonnant sur place les restes de leurs proies.
Les mustélidés
Les mustélidés sont très rares dans le remplissage de la Caune de l’Arago. Quelques mandibules d’hermine Mustela palerminea de petite taille et très graciles sont issues du sol G. Quelques rares restes crâniens, comme un maxillaire de blaireau Meles, une mandibule d’un très jeune individu ont été découverts à la base de l’ensemble III. Ces animaux ne semblent pas avoir perturbé les sédiments.
Les ursidés
La famille des Ursidés à la Caune de l’Arago est représentée par quatre espèces. L’ours de Deninger, Ursus deningeri est, de loin, l’espèce la mieux représentée dans le site. Plus d’une trentaine d’individus sont répartis tout au long du remplissage. À la base, ils constituent les « niveaux à ours » dans lesquels les os sont souvent entiers : la cavité servait alors de tanière et de mouroir pour les individus âgés. L’ours de Deninger appartient à la lignée de l’ours des cavernes, Ursus spelaeus, qui devient abondant dans les sites du Pléistocène supérieur. Cette lignée se caractérise par une augmentation générale de la taille du squelette, la perte des prémolaires antérieures et la complexification de la surface masticatrice des dents, en relation avec le passage progressif d’un régime alimentaire omnivore vers un régime à dominance herbivore. La présence de l’ours des cavernes, Ursus spelaeus est attestée par un astragale retrouvé dans le plancher stalagmitique supérieur.
L’ours brun, Ursus arctos, est plus rare à la Caune de l’Arago mais sa présence dès l’ensemble moyen I (stade isotopique 14) aux alentours de -550 000 ans est la plus ancienne connue en Europe. Il se distingue de l’ours spéléen notamment par la morphologie de sa carnassière inférieure et la relative gracilité des éléments de son squelette.
L’ours du Tibet, Ursus thibetanus est représenté par une dent caractéristique dans les niveaux supérieurs du remplissage, contemporains du stade isotopique 7.
Les canidés
Le remplissage de la Caune de l’Arago rassemble les vestiges de cinq espèces de canidés. Bien que leurs restes soient peu nombreux, on les trouve dans tous les niveaux. Le loup de Mosbach, Canis mosbachensis, compte une vingtaine d’individus. Les restes de Canis correspondent à un loup de petite taille et ressemblent morphologiquement à ceux identifiés dans l’ensemble inférieur du gisement pléistocène moyen ancien de l’Escale (Bouches-du-Rhône). Le loup, Canis lupus est présent dans les niveaux stalagmitiques supérieurs. Le dhôle ou cuon, Cuon priscus est un canidé asiatique sauvage, malheureusement en voie d’extinction, qui vit en meute, lui permettant ainsi de s’attaquer aux cervidés et petits bovidés, ses proies de prédilection. Plus robuste que ses descendants, le dhôle de la Caune de l’Arago, se rapproche des Cuon priscus découverts dans d’autres sites du Pléistocène moyen. Il est présent dans la grotte jusqu’à 400 000 ans. Le renard commun, Vulpes vulpes a été identifié dans tout le remplissage de la Caune de l’Arago. La biométrie des os de son squelette indique qu’il est identique en taille au renard méditerranéen actuel. Enfin le renard polaire, Alopex aff. praeglacialis est présent uniquement dans les niveaux inférieurs (stade isotopique 14), daté d’environ -550 000 ans. Il a été identifié d’après un crâne et deux mandibules de petite taille portant des dents très acérées. Très gracile, ses dimensions n’atteignent pas celles du renard polaire ou isatis.
Les félidés
Les félidés sont très rares à la Caune de l'Arago et représentés par quatre espèces : le lion des cavernes, Panthera leo fossilis, la panthère, Panthera pardus, le lynx des cavernes, Lynx spelaeus et le chat sauvage, Felis silvestris. Les premières traces de lion des cavernes, apparaissent en Europe au début du Pléistocène moyen (Isernia la Pineta en Italie) sous une forme de grande taille, très massive : Panthera leo fossilis. Le lion de la Caune de l’Arago, bien que robuste d’après ses éléments squelettiques et les caractéristiques de sa carnassière inférieure, fait figure de transition entre les formes plus anciennes et celles, plus graciles, de la seconde moitié du Pléistocène moyen et du Pléistocène supérieur, qui constituent la forme typique du lion des cavernes Panthera leo spelaea, le lion sans crinière représenté sur les parois de la grotte Chauvet. Le lion des cavernes est considéré comme une espèce de milieu découvert des régions tempérées à tempérées froides.
Les félins de taille moyenne sont représentés par diverses formes à l’orée du Pléistocène en Europe, comme par exemple le guépard Acinonyx pardinensis, le puma Puma pardoides ou le jaguar Panthera gombaszoegensis. Ils disparaissent comme les derniers tigres à dents de sabre au début du Pléistocène moyen. La mandibule complète de panthère, Panthera pardus retrouvée à la Caune de l’Arago, même si elle présente des caractères qui rappellent l’once, se rapproche de celle du site Pléistocène moyen ancien de Mauer en Allemagne où a été identifié le spécimen type d’Homo heidelbergensis. En Europe, Panthera pardus devient ensuite plus abondante, son expansion maximum se situant au début du Pléistocène supérieur. Elle décline peu à peu pour disparaître de France avant la fin du Paléolithique supérieur. Le lynx des cavernes, Lynx spelaeus est présent en Europe dès le Pliocène, sous une forme de grande taille, Lynx issiodorensis, de laquelle dérive le lynx des cavernes, Lynx spelaeus, avec quelques formes de transition repérées en Allemagne notamment. Le lynx des cavernes est identifié à la Caune de l’Arago, dès l’ensemble I du complexe moyen, où il est plutôt bien représenté parmi les Carnivores. Ses caractéristiques métriques et la robustesse des éléments de son squelette entrent parfaitement dans le domaine de variabilité de Lynx spelaeus. Lynx spelaeus semble constituer une impasse évolutive, disparaissant à la fin du Pléistocène supérieur tandis que le lynx boréal, Lynx lynx est déjà installé dans nos contrées. Le chat sauvage, Felis silvestris apparaît dès le sol J (stade isotopique 13) et constitue l’un des plus anciens représentants de l’espèce en Europe. Les chats archaïques sont déjà connus au Pléistocène inférieur, dans le gisement du Vallonnet (Alpes-Maritimes). Le Felis silvestris de la Caune de l'Arago est semblable morphologiquement aux chats sauvages du Pléistocène moyen et supérieur ainsi qu’aux chats sauvages actuels, avec néanmoins une très forte taille. Le chat sauvage est une espèce toujours présente dans les forêts françaises.
