Madidi alberga el 11% de las aves del mundo. Solo 11 países del mundo tienen más aves que Madidi.

Contiene la mayor diversidad de aves en comparación con otras áreas protegidas del mundo. Se ha estimado la presencia de 1.088 especies (registrándose hasta el momento 999) de las 9.900 existentes en el mundo. Sólo 11 países (incluido Bolivia) tienen mayor número de aves que Madidi. El 60% son pájaros cantores, como los cotingas, mirlos, golondrinas, hormigueros, saltarines, tangaras, zorzales, jilgueros, gorriones, tordos, pinzones y canarios. El 6,1% son picaflores y vencejos, 6% águilas y halcones, 5,8% pájaros carpinteros, 3,2% loros, 2,4% gallitos de agua y gaviotas, 2,2% garzas y 1,9% búhos y lechuzas.

De acuerdo a los estudios realizados en el parque, la mayor riqueza de especies de aves se encuentra en los bosques montanos (entre 500-1500 msnm), donde se han registrado más de 500 especies. También los bosques amazónicos poseen una gran diversidad de aves.

11 especies de aves protegidas en Madidi han sido identificadas como amenazadas por el Libro Rojo de Vertebrados de Bolivia: cóndor andino, remolinera, cachudito peticenizo, canastero frentirayada, tororoí andino, siringuero andino, autillo de montaña, pava maraquera, paraba militar, palkachupa o cotinga y águila arpía.