Hệ sinh thái biển và ven bờ của vịnh Hạ Long bao gồm trong đó “hệ sinh thái đất ngập nƣớc” và “hệ sinh thái biển” với những điểm đặc thù:
Hệ sinh thái đất ngập nƣớc:
Sinh thái vùng triều và vùng ngập mặn trên Vịnh: bao gồm 20 loài thực vậtngập mặn; là nơi sống cho 169 loài giunnhiều tơ, 91 loài rong biển, 200 loàichim, 10 loài bò sát và 6 loài khác.
Dạng sinh thái đáy cứng, rạn san hô: tập trung ở Hang Trai, Cống Đỏ, Vạn Giò, có 232 loài san hô đã đƣợc tìm thấy. Rặng sinh thái đáy cứng, san hô là nơi sinh cƣ của 81 loài chân bụng, 130 loài hai mảnh vỏ, 55 loài giun nhiều tơ, 57 loàicua.
Dạng sinh thái hang động và tùng, áng: dạng sinh thái này tại vịnh Hạ Long rất tiêu biểu và hiếm nơi có đƣợc. Đặc biệt khu vực Tùng Ngón là nơi cƣ trú của 65 loài san hô, 40 loài động vật đáy, 18 loài rong biển. Tại đây cũng có 4 loài sinh vật quý hiếm đƣợc ghi trongsách đỏ Việt Nam.
Dạng sinh thái đáy mềm: đây là dạng sinh thái của quần xãcỏ biểnvới 5 loài, là nơi sống của 140 loài rong biển, 3 loài giun nhiều tơ, 29 loàinhuyễn thể, 9 loàigiáp xác.
Dạng sinh thái bãi triều không có rừng ngập mặn: sinh vật sống trên vùng triều đặc trƣng là động vật nhuyễn thể hai mảnh vỏ và giun biển có giá trị dinh dƣỡng cao nhƣsá sùng, hải sâm,sò,ngao v.v.
Hệ sinh thái biển:
Thực vật phù du: ở vịnh Hạ Long có 185 loài.
Động vật phù du: vùng Hạ Long - Cát Bà có 140 loài động vật phù du sinh sống. Động vật đáy: thống kê sơ bộ, vùng Hạ Long có đến 500 loài động vật đáy, trong đó có 300 loài động vật nhuyễn thể, 200 loài giun nhiều tơ, 13 loài da gai.
Động vật tự du: đã xác định đƣợc 326 loài động vật tự du, phân bố trong vịnh Hạ Long.
biết, có 16 loài đang nằm trong danh sách đỏ của Việt Nam đã nguy cấp và sắp nguy cấp. Trong các loài thực vật quý hiếm, có 95 loài thuộc cây làmthuốc, 37 loài cây làm cảnh, 13 loài cây ăn quả và 10 nhóm có khả năng sử dụng khác nhau.
Các đảo tại vịnh Hạ Long có các loài động vật thân mềm đa dạng, đặc biệt là các loài cƣ trú trong hốc đá, và có tới 60 loài động vật đặc hữu. Hải sản Hạ Long đƣợc khai thác và nuôi trồng bao gồm bào ngƣ, hải sâm, sá sung, tôm, cá, mực (mực ống, mực nang, mực thƣớc), bạch tuộc, sò huyết, trai và điệp nuôi lấyngọc. Tài liệu của Phân viện Hải dƣơng học Hải Phòng cho thấy trong 1.151 loài động vật tại Hạ Long thì đã có tới gần 500 loài cá, 57 loài cua.