«Карнавал животных» состоит из четырнадцати частей:

1. Вступление и Королевский марш льва — фр. Introduction et Marche Royale du lion. В короткой интродукции после тремоло двух фортепиано струнные вступают с основной темой, а после расходящихся глиссандо по всему диапазону у фортепиано начинается Марш, в котором звучат фанфары, исполняемые на фортепиано, и грубоватые хроматические ходы, изображающие рычание льва.
2. Куры и петухи — фр. Poules et Coqs. Кларнет, скрипки, альт, фортепиано. Назойливые повторяющиеся звуки, изображающие квохтанье кур, перемежаются с мотивом петушиного кукареканья. «Куриный» мотив взят из клавесинной сюиты Франсуа Куперена.
3. Антилопы (быстрые животные) — фр. Hémiones (animaux véloces)[2]. Два фортепиано исполняют быстрые пассажи.
4. Черепахи — фр. Tortues. Струнные и два фортепиано. Цитируется канкан из оперетты Оффенбаха «Орфей в аду», но замедленный в несколько раз, что создаёт комический эффект.
5. Слон ― фр. Eléphant). Контрабас и два фортепиано. Вальсообразная мелодия, играемая контрабасом, основана на заимствованиях двух тем: танца сильфов из драматической легенды Берлиоза «Осуждение Фауста» и Скерцо из музыки Мендельсона к комедии «Сон в летнюю ночь». Комизм заключается в том, что музыка, задумывавшаяся как лёгкая и воздушная и в оригинале исполняемая инструментами высокого регистра, передана неповоротливому инструменту, звучащему в нижней части диапазона и изображающему танцующего слона.
6. Кенгуру — фр. Kangourous. Два фортепиано. Острые стаккатные звучания с форшлагами изображают прыжки кенгуру.
7. Аквариум — фр. Aquarium. Флейта, стеклянная гармоника, струнные, фортепиано. Звучание флейты, играющей мелодию, оттеняется «булькающими» звучаниями и глиссандо у фортепиано и стеклянной гармоники, создавая картину аквариума.
8. Персонажи с длинными ушами — фр. Personnages à longes oreilles. Скрипки чередованием очень высоких и очень низких звуков изображают ослиный крик.
9. Кукушка в глубине леса — фр. Le coucou au fond des bois. Кларнет и два фортепиано. На фоне размеренных аккордов у фортепиано, изображающих лес, кларнет (который, согласно указанию автора, должен находиться за кулисами) периодически играет два «кукующих» звука.
10. Птичник — фр. Volière. Флейта, струнные и два фортепиано. На фоне «шелестящего» тремоло у струнных флейта играет мелодию c трелями и скачками, изображая птичье пение.
11. Пианисты — фр. Pianistes. Два фортепиано в сопровождении струнных играют гаммы и упражнения в стилеАнона или Черни. Эта часть без перерыва переходит в следующую.
12. Ископаемые — фр. Fossiles. Кларнет, ксилофон, два фортепиано и струнные. Сен-Санс цитирует собственную симфоническую поэму «Пляска смерти», детские песенки «Ah! vous dirai-je, maman» и «Au clair de la lune», а также каватину Розины из оперы Россини «Севильский цирюльник».
13. Лебедь — фр. Le Cygne. Виолончель и два фортепиано. Певучая мелодия у виолончели изображает плавное движение лебедя по поверхности воды, а фигурации у фортепиано ― рябь на ней. На музыку «Лебедя» хореограф Михаил Фокин в 1907 году поставил знаменитый балетный номер «Умирающий лебедь» для Анны Павловой. Сен-Санс был удивлён такой трактовкой ― в его пьесе лебедь не умирает ― но не возражал против неё.
14. Финал — фр. Finale. Исполняет весь ансамбль. Весёлая и лёгкая главная тема перемежается мотивами из предыдущих частей.