Pour la période 2005 à 2013, 8149 observations réalisées au barrage de Gambsheim ont été saisie dans www.faune-alsace.org. Elles concernent 179 espèces d'oiseaux. 60 espèces s'y reproduisent, 68 peuvent s'observer en hiver et 135 sont visibles en période de migration (une même espèce peut à la fois nicher, hiverner et passer sur le site). Parmi les nicheurs, les oiseaux d'eaux occupent une place importante. Plusieurs espèces de canards se reproduisent sur le site : Canard colvert, Canard chipeau, Fuligule morillon, Tadorne de Belon, etc. Le Petit Gravelot occupe les zones de gravier nues. Le musoir amont accueillait au début des années 2000 une colonie de Mouettes rieuses de plus de 4000 couples auxquels se mêlaient quelques couples de Mouettes mélanocéphales. Les mouettes ne nichent plus qu'occasionnellement sur le site, ce qui n'est pas le cas du Goéland leucophée, présent chaque année. En hiver, près de 3000 canards, foulques, grèbes et cormorans sont comptabilisés chaque mois de janvier. L'espèce la plus commune est le Canard colvert, suivie du Fuligule morillon, des Canards siffleur et chipeau, de la Sarcelle d'hiver, du Fuligule milouin, du Grand Cormoran, de la Foulque macroule, etc. En période de migration, les vastes étendues d'eau permettent aux Guifettes noires, Mouettes pygmées, Grèbes à cou noir, Balbuzards pêcheurs, etc. de s'alimenter lors de leurs voyage, alors que les vasières et zones exondées sont parcourues par un grand nombre d'espèces de limicoles (Bécasseaux cocorli, minute, variable, Bécassine des marais, Chevaliers aboyeur, arlequin, culblanc, gambette, guignette, etc.). De grands échassier comme l'Agrette garzette et la Spatule blanche sont parfois observés sur le site, tout comme la rare Guifette leucoptère, Sterne caspienne, Echasse blanche et Mouette de Sabine.
