Le lac Tanganyika est très réputé pour le nombre important d'espèces endémiques. On n'y dénombre pas moins de 250 espèces de poissons cichlidés (Neolamprologus, Paleolamprologus, Altolamprologus, Xenotilapia, Julidochromis, Telmatochromis, Tropheus, Petrochromis et plus de vingt autres genres) et 150 espèces de non-cichlidés (Stolothrissa, Limnothrissa, Lamprichthys), dont la plupart vivent le long de la côte jusqu'à environ 180 mètres de profondeur. La plus grande part de la biomasse se situe dans la zone pélagique et est dominée par six espèces: deux espèces de sardines du Tanganyika et quatre espèces de Lates. La quasi-totalité des espèces de cichlidés est endémique et plusieurs sont appréciées comme poissons d'aquarium.
Le cobra d'eau (Boulengerina annulata stormsi, espèce endémique) est un reptile adapté à la vie sub-aquatique, comme les serpents marins des récifs coralliens. La partie terminale du corps est comprimée latéralement afin de faciliter la nage. Jeune, il se nourrit volontiers de Neolamprologus vivant dans les coquilles de Neothauma tanganicense (escargots endémiques du lac Tanganyika) ; adulte, il n'hésite pas à s'attaquer à des proies beaucoup plus imposantes.
Espèces vivant autour du lac :
La rencontre entre le journaliste américain Stanley et le géographe Livingstone, qui eut lieu à Ujiji sur les bords du lac, laissa la phrase fameuse de Stanley : « Dr. Livingstone, I presume ».