Việc bảo tồn đa dạng sinh học cần phải được giải quyết ở mọi cấp khác nhau trong chính phủ của từng quốc gia và giữa các chính phủ. Trong khi các cơ chế kiểm soát chính hiện có chủ yếu là dựa vào từng quốc gia riêng biệt thì các thỏa thuận quốc tế đang ngày càng được sử dụng nhiều trong bảo vệ các loài và nơi cư trú. Hợp tác quốc tế là một điều kiện tiên quyết vì nhiều lý do khác nhau:
Trước hết, các loài thường di chuyển qua các biên giới. Các hoạt động bảo tồn chim di cư ở phía Bắc Châu Âu sẽ không thể thành công nếu nơi cư trú qua mùa đông của chim tại Châu Phi bị phá hủy.
Thứ hai, việc buôn bán quốc tế về các sản phẩm sinh học có thể gây nên hậu quả là sự khai thác quá mức các loài nhằm đáp ứng nhu cầu thương mại. Việc quản lý và kiểm soát buôn bán đòi hỏi phải cả trên lĩnh vực xuất và nhập khẩu.
Thứ ba, những lợi ích của đa dạng sinh học là có tầm quan trọng quốc tế. Các quốc gia giàu có thuộc vùng ôn đới được hưởng lợi ích từ tính đa dạng sinh học của vùng nhiệt đới cần phải sẵn sàng giúp đở các nước nghèo khó hơn nhưng đã tham gia thực hiện việc bảo tồn các nguồn đa dạng sinh học đó.
Cuối cùng, rất nhiều vấn đề của các loài hay các hệ sinh thái bị đe dọa có qui mô toàn cầu nên đòi hỏi sự hợp tác quốc tế để giải quyết. Những mối đe dọa như vậy bao gồm đánh bắt thủy sản quá mức, ô nhiễm không khí và mưa acid, ô nhiễm sông, hồ và đại dương, biến đổi khí hậu toàn cầu và suy thoái tầng ôzôn.
Hiệp ước quan trọng nhất trong việc bảo vệ các loài ở qui mô quốc tế là Công ước về buôn bán các loài đang có nguy cơ tuyệt chủng (CITES, Convention on International Trade in Endangered Species) được ra đời năm 1973 cùng với sự ra đời của Chương trình Môi trường Liên Hiệp Quốc (UNEP). Công ước này hiện có 120 nước tham gia. Công ước CITES đưa ra một danh sách các loài được kiểm soát trong việc buôn bán quốc tế; các quốc gia thành viên đồng ý hạn chế buôn bán và khai thác có tính hủy diệt các loài này. Phụ lục I của của Công ước liệt kê 675 loài động vật và thực vật bị cấm buôn bán hoàn toàn. Còn phụ lục II gồm 3.700 loài động vật và 21.000 loài thực vật có sự kiểm soát và giám sát trong việc buôn bán quốc tế. Trong số các loài thực vật có cả các loài được tạo thành do nuôi cấy mô như phong lan, xương rồng, dương xỉ, đồng thời ngày cũng có nhiều các loài cây lấy gỗ. Trong số các loài động vật, các nhóm được kiểm soát chặt chẽ gồm vẹt, các loài có kích thước lớn gồm các loài thuộc họ mèo, cá voi, rùa biển, chim ăn thịt, tê giác, gấu, linh trưởng, các loài được bắt về nuôi trong nhà, sở thú, thủy cung; các loài được săn bắt để lấy lông, da hay các sản phẩm khác.
Một hiệp ước quốc tế quan trọng khác là Công ước về bảo vệ các loài động vật di cư, ký năm 1979, mà trọng tâm là các loài chim di cư. Công ước này là một phần bổ sung quan trọng cho Công ước CITES vì nó đã khuyến khích các nổ lực quốc tế bảo tồn các loài chim di cư
xuyên biên giới cũng như đã nhấn mạnh các cách tiếp cận trong việc nghiên cứu, quản lý và kiểm soát săn bắn.
Còn có các thỏa thuận quốc tế khác nhằm bảo vệ các loài sinh vật, đó là:
Ě Công ước về Bảo tồn các loài sinh vật biển vùng Nam Cực Ě Công ước Quốc tế về kiểm soát cá voi
Ě Công ước Quốc tế về bảo vệ các loài chim và Công ước Benelux về việc săn bắn và bảo vệ các loài chim
Ě Công ước về đánh bắt và bảo vệ sinh vật trong biển Bantic Ě Công ước bảo tồn đa dạng sinh học
Nhược điểm của các hiệp ước quốc tế này là sự tham gia tự nguyện; các quốc gia có thể rút lui khỏi công ước để theo đuổi các lợi ích riêng của họ khi cảm thấy các điều kiện phải tuân thủ là quá khó khăn. Cần có sự thuyết phục và cả sức ép của quần chúng để buộc các quốc gia phải thực hiện các điều khoản của công ước và khởi tố những người vi phạm.