La bahía de Monterey es hogar de muchas especies de mamíferos marinos, incluyendo a nutrias marinas, focas del puerto y delfines mulares; al igual que la ruta migratoria de ballenas grises y las ballenas jorobadas y un sitio para la cría de elefantes marinos. Muchas especies de peces, tiburones, moluscos como el abulón y calamar, aves, tortugas marinas también viven en la bahía. Varias variedades de algas crecen en la bahía, convirtiéndose en algunos tan altos como los árboles, formando lo que se conoce como un bosque de algas marinas. El cañón de Monterrey, uno de los mayores cañones submarinos en el mundo, comienza frente a las costas de Moss Landing, exactamente en el centro de la bahía de Monterrey. En 1992 se creó el Monterey Bay National Marine Sanctuary, protegiendo 14.000 km² de la bahía y sus áreas próximas.