Tarangire National Park är hjärtat i ett vidsträckt ekosystem som sträcker sig över en yta mycket större än nationalparken. Nationalparken skyddar stora områden med savann men också för djuren helt avgörande områden med vattenhål, floder (framförallt den stora Tarangirefloden) och våtmarker. Eftersom området är torrt och varmt så är skillnaderna mellan regnsäsong och torrsäsong stora. Under torrsäsongen, maj-november, koncentreras djuren i hjärtat av ekosystemet runt Tarangirefloden, vattenhålen och våtmarken eftersom mindre vattendrag och vattenhål torkat ut. Undre regnsäsongen (december-april) sprider djuren ut sig på större områden då tillgången till vatten och bete blir större. En del djur vandra då ut från nationalparken bland annat norrut i riktning mot Lake Manyara. Mellan Tarangire och Lake Manyara har en migrationskorridor skapats (ett så kallat Wildlife management area) för att djuren ska kunna röra sig mellan parkerna.
Tarangire har ett rikt djurliv med mängder av stora djur som impala, Thomsons gasell, zebra, gnu, buffel, leopard, lejon, vårtsvin med flera Framförallt är Tarangire känd som en av Afrikas bästa safariparker för att se elefanter. Elefanterna sprider liksom många andar gräsätare ut sig under regnsäsongen men under torrsäsongen samlas stora mängder elefanter kring Tarangirefloden och de stora våtmarkerna i östra Tarangire.
Tarangire har en ganska stor population med lejon med många flockar spridda över hela parken. Dessa lejon är dock mer skygga än lejonen i till exempel Serengeti. De är skygga på grund av att deras revir ofta sträcker sig utanför parken, för att följa bytesdjuren under regnsäsongen och de stöter då med jämna mellanrum på människor. Många av människorna runt Tarangire är jordbrukare och djurhållare och de jagar bort lejon som kommer nära deras tamboskap och lejonen lär sig därför att hålla avstånd till människor. Därför är det i Tarangire mer ovanligt än i exempelvis Serengeti och Ngorongorokratern att se lejon på riktigt nära håll.