Bioluminiscentne živali lahko najdemo v vsaj pol ducata živalskih tipov. Sem sodijo bioluminiscentni čmarci (meduze, korale in morski peresi), ctenofori (»češani želeji«), členonožci (kresnice, svetleči črvi, nekatere glivične komarje, stonoge in stonoge), nekatere okončine, ena vrsta polžev, morski mehkužci vključno z nekaterimi školjkami, golobranimi, hobotnicami in lignji, različnimi ribami, nekaterimi krhkimi zvezdami, skupino majhnih rakov, vsem krilom, 65 vrstami gob, protisti, imenovanimi dinoflagelati, in veliko družino bioluminiscentnih bakterij. Zadnje tri pravzaprav niso bioluminiscenčne živali, ampak so bioluminiscentni organizmi.
Bioluminiscenca se pojavi pri nekaterih živalih, kjer se kemična energija (v obliki ATP) pretvori v svetlobno energijo, ki običajno doseže vrh okoli enega dela spektra, zaradi česar je enobarvna. Zelena je daleč najpogostejša barva, ki jo uporabljajo kopenske bioluminiscentne živali, medtem ko je modra najbolj priljubljena barva med bioluminiscenčnimi živalmi v morju. Vsaka barva v spektru ima z njo povezano bioluminiscentno žival ali beljakovino, vendar je večina barv precej redka. Razlika v priljubljenih barvah na kopnem in morju obstaja, ker v vsakem okolju izstopajo različne barve, vizualni sistemi živali v vsakem okolju pa so uglašeni z lokalnimi barvami.
Obstaja pet sprejetih teorij o tem, zakaj obstajajo bioluminiscenčne živali. To so, da lahko bioluminiscenca opravlja funkcije kamuflaže, privlačnosti (plena, plenilcev potencialnih plenilcev in parov), odbijanja zaradi zmede, komunikacije med bioluminiscenčnimi bakterijami (zaznavanje kvoruma) in redko osvetlitev plena ( ki jo uporablja črna zmajska ribica). Težko je razložiti, zakaj so nekateri organizmi bioluminiscentni, pri drugih pa so lahko razlogi očitni.
Na primer, pri nekaterih vrstah, kot so kresnice, je bioluminiscenca tako integrirana v organizem, da je sestavni del njegovega življenjskega sloga – ličinke kresnikov jo uporabljajo za odganjanje plenilcev, odrasli pa jo uporabljajo za privabljanje plena in signaliziranje paričem. Prižgite žarnico na območju, okuženem z žuželkami, in videli boste korist luminiscence za privabljanje plena. Kresnice so izjemno učinkovite pri pretvarjanju kemične energije v svetlobo – to počnejo z 90-odstotno učinkovitostjo. V nasprotju s tem je tipična žarnica z žarilno nitko le 10% učinkovita.
Druga pogosta skupina bioluminiscenčnih organizmov so bioluminiscenčne glive. Ti svetijo zeleno, da privabijo nočne živali, da pomagajo pri razprševanju spor.