El espacio del Bosc de la Marquesa tiene, básicamente, tres hábitats principales: el bosque propiamente dicho, la zona de cultivos interiores y el mar inmediato. En las tres, existen especies de pájaros características.

Si bien las especies marinas que se pueden observar desde el Bosque de la Marquesa son muy numerosas, las estrictamente costeras son, básicamente, las gaviotas y los cormoranes.

La gaviota de Audouin (Ichthyaetus audouinii) es una especie amenazada que se puede observar sobrevolando la línea costera e incluso alimentándose en las calas de los restos dejados por los bañistas. Tiene una colonia de cría en el Puerto de Tarragona.

La gaviota patiamarilla (Larus michahellis), mucho mayor, puede ser también abundante sobre el bosque y el mar cercano, nidifica incluso dentro de la ciudad de Tarragona.

Sin embargo, en invierno otras gaviotas como la reidora (Croicocephalus ridibundus), la sombría (Larus fuscus) o la cabecinegra (Ichthyaetus melanocephalus) pueden ser observadas en esta zona.

En cuanto a los cormoranes, el cormorán moñudo (Gulosus aristotelis) es otra especie que se reproduce en otros puntos del mediterráneo y que se dirige a Tarragona cuando termina la reproducción. Anida en zonas de costa rocosa pero fuera de la época de cría se dispersan por el resto de la costa para pescar en aguas someras donde capturan peces buceando. Aparecen hacia junio con un máximo durante el verano y se vuelven a hacer escasos a principios de año cuando se desplazan a las zonas de reproducción. Se asoman por la noche para dormir en acantilados como los de la Cala Fonda.

El cormorán grande (Phalacrocorax carbo) es similar al moñudo, pero éste se reproduce por toda Europa y llega a Tarragona para pasar el invierno, tiene un comportamiento similar al moñudo pero son más abundantes en el litoral del municipio.

El vencejo pálido, un ave escasa en nuestro territorio, anida en los acantilados del Bosque de la Marquesa.

En cuanto a las aves forestales, los pinares y masas arbustivas del Bosque de la Marquesa incluyen las especies habituales en este tipo de ambientes.

Por ejemplo, son residentes el carbonero común (Parus mayor), garrapinos (Periparus ater), mito común (Aegithalos caudatus) y herrerillo capuchino (Lophophanes cristatus).

El mirlo común (Turdus merula), el reyezuelo listado (Regulus ignicapilla), el Acentor común (Prunella modularis) y la curruca cabecinegra (Curruca melanocephala) están también presentes, así como el estival mosquitero pálido (Phylloscopus bonelli) y papamoscas gris (Muscicapa striata).

Si bien el pinzón (Fringilla coelebs), en general, es sólo un pájaro invernante en el municipio de Tarragona, en el bosque de la Marquesa se reproduce.

En invierno, el petirrojo europeo (Erithacus rubecula) es abundante. Los azores (Accipiter nisus) y gavilanes (Accipiter gentilis) visitan el espacio desde los bosques ubicados en el norte de la N-340. La paloma torcaz (Columba palumbus) es una gran paloma forestal y el agateador europeo (Certhia brachydactyla) puede ser observada trepando por los troncos de los pinos, siempre hacia arriba.

En los espacios abiertos, especialmente los grandes campos de algarrobos, cazan por la noche el autillo europeo (Otus scops) y todo el año el Mochuelo europeo (Athene noctua), y durante el día el busardo ratonero (Buteo buteo) y el cernícalo (Falco tinnunculus). El zorzal charlo (Turdus viscivorus) y la abubilla (Upupa epops), están presentes. Algunas especies de fringílidos como el jilguero (Carduelis carduelis), el verdecillo (Serinus serinus), el escribano soteño (Emberiza cirlus), el verderón (Chloris chloris) y el pardillo (Linaria cannabina), aprovechan las semillas de las malas hierbas campos. Los agujeros en los propios algarrobos son aprovechados por la nidificación de algunas especies anteriormente citadas. Durante la migración, muchas especies de pájaros pueden detenerse a descansar y alimentarse, tanto aquí como en las rocas desnudas de la línea de costa.