Vùng biển Vịnh Văn Phong có tính đa dạng sinh học cao và có các hệ sinh
thái quan trọng như hệ sinh thái rạn san hô, cỏ biển, rừng ngập mặn, …là nơi
sinh sống của nhiều loài sinh vật biển.
Rạn san hô:
Trong những năm gần đây một số rạn san hô trong vùng Vịnh Văn phong
bị suy thoái mạnh do khai thác thuỷ sản bằng chất nổ, Xyanua và tàu thuyền neo đậu, do thay đổi chất lượng nước, trầm tích và chất thải từ các vùng nuôi tôm lân cận. Thành phần chủ yếu rạn san hô là các giống Porites, Diploartrea có kích thước từ 10cm đến trên 1m. Độ phủ trung bình của san hô toàn vùng khoảng 10- 20%, cao nhât là rạn trào khoảng 20-40%. San hô cứng chiếm ưu thế ở độ sâu
4.5m trong khu vực rạn trào, đạt giá trị 60-63% độ phủ mặt cắt, San hô mềm có
mặt hầu hết ở các mặt cắt và cho giá trị đọ phủ trung bình trên 10%.
Sinh vật đáy
Theo các nghiên cứu trước đây thành phần loài sinh vật đáy ở Vịnh Văn
Phong - Bến Gỏi khá phong phú, đã phát hiện 630 loại trong đó động vật thân
mềm có 212 loài, giun nhiều tơ có 175 loài, giáp xác có 136 loài và da gai có 107
loài.
Cá rạn san hô
Mật độ trung bình tại rạn trào 0,8 cá thể /m2 và rạn tướng 0,4 cá thể /m2
với kích thước cá rất nhỏ khoảng 5 – 15 cm. Thành phần chủ yếu là họ cá thia
lượng không đáng kể. Các loại cá có giá trị thương mại cao như cá mú, cá hồng,
cá kẽm ngư dân cho biết trước đây rất nhiều nhưng nay còn rất ít, không đáng kể.
Cỏ Biển
Trong vùng Vịnh Văn Phong đã xác định được 7 loài cỏ biển: Enhalus
acoro, Thalassia hermpichii, Halophila ovalis, Halophila minor, Haloduleuniner, Ruppia maritime, Cymodocea rotundata. Các loài cỏ biển chỉ chiếm một diện
tích nhỏ khoảng 30 ha trong vịnh, nhưng đây là nơi cư trú quan trọng của nhiều loài động vật. Môi trường sống có cỏ biển là nơi kiếm ăn và sinh sản quan trọng đối với nhiều loài động vật khi còn bé, kể cả các loài có giá trị cao.