L'ecosistema di Megalodon è stato uno dei più diversi e dinamici nella storia della Terra. Il Megalodon era il predatore apice del suo tempo, prendendo su un'ampia varietà di vita marina. La sua dieta probabilmente includeva balene, delfini, foche, leoni marini, tartarughe marine e persino altri squali. Megalodon viveva in una varietà di habitat, dalle acque costiere poco profonde alle profonde acque oceaniche. È stato trovato in tutti gli oceani del mondo, ad eccezione dell'Artico e dell'Antartico.
Il megalodon faceva parte di una rete alimentare complessa, con molte specie diverse che interagiscono tra loro. Ad esempio, Megalodon è stato predato da altri squali, come il grande squalo bianco e lo squalo mako shortfin. Megalodon era anche probabilmente parassita da una varietà di organismi, come Lampreys e Worms.
Il Megalodon era una parte importante dell'ecosistema marino. La sua presenza ha contribuito a controllare le popolazioni di altri animali marini e la sua morte ha probabilmente avuto un effetto a catena sull'intera rete alimentare. L'estinzione di Megalodon non è ancora completamente compresa, ma è probabilmente dovuta a una combinazione di fattori, come il cambiamento climatico, la competizione con altri predatori e la pesca eccessiva.