Екосистемата на Мегалодон беше една от най -разнообразните и динамични в историята на Земята. Мегалодонът беше върховият хищник на своето време, преследвайки голямо разнообразие от морски живот. Диетата му вероятно включва китове, делфини, тюлени, морски лъвове, морски костенурки и дори други акули. Мегалодон живееше в различни местообитания, от плитки крайбрежни води до дълбоки океански води. Той е намерен във всички световни океани, с изключение на Арктика и Антарктида.
Мегалодонът беше част от сложна хранителна мрежа, като много различни видове си взаимодействаха помежду си. Например, Мегалодон е бил преследван от други акули, като Голямата бяла акула и Shortfin Mako Shark. Мегалодонът вероятно също е паразитизиран от различни организми, като лампи и червеи.
Мегалодонът беше важна част от морската екосистема. Присъствието му помогна за контролирането на популациите на други морски животни и смъртта му вероятно имаше пулсационен ефект върху цялата хранителна мрежа. Изчезването на Мегалодон все още не е напълно разбрано, но вероятно се дължи на комбинация от фактори, като изменение на климата, конкуренция с други хищници и свръхлов.