Megalodonův ekosystém byl jedním z nejrozmanitějších a dynamičtějších v historii Země. Megalodon byl apexovým predátorem své doby a stal se na širokou škálu mořského života. Jeho strava pravděpodobně zahrnovala velryby, delfíny, pečeti, lachtany, mořské želvy a dokonce i další žraloky. Megalodon žil v různých stanovištích, od mělkých pobřežních vod po hluboké oceánské vody. Bylo nalezeno ve všech světových oceánech, s výjimkou Arktidy a Antarktidy.
Megalodon byl součástí komplexního potravinového webu, přičemž mnoho různých druhů vzájemně interagovalo. Například Megalodon byl zasažen jinými žraloky, jako je velký bílý žralok a Shortfin Mako Shark. Megalodon byl také pravděpodobně parazitizován různými organismy, jako jsou lampy a červy.
Megalodon byl důležitou součástí mořského ekosystému. Jeho přítomnost pomohla ovládat populace jiných mořských zvířat a její smrt pravděpodobně měla zvlnění na celou potravinovou síť. Vyhynutí Megalodonu stále není zcela pochopeno, ale je to pravděpodobně způsobeno kombinací faktorů, jako je změna klimatu, konkurence s jinými predátory a nadměrný rybolov.