Megalodonov ekosystém bol jedným z najrozmanitejších a najdynamickejších v histórii Zeme. Megalodón bol vrcholovým dravcom svojej doby, ktorý korisoval širokú škálu morského života. Jeho strava pravdepodobne zahŕňala veľryby, delfíny, pečate, morské levy, morské korytnačky a dokonca aj iné žraloky. Megalodon žil v rôznych biotopoch, od plytkých pobrežných vôd po hlboké oceánske vody. Našiel sa vo všetkých svetových oceánoch, s výnimkou Arktídy a Antarktídy.
Megalodón bol súčasťou komplexného potravinového webu, pričom mnoho rôznych druhov vzájomne interagovalo. Napríklad Megalodon bol korisťou inými žralokmi, ako napríklad Veľký biely žralok a žralok shortfinov Mako. Megalodon bol pravdepodobne parazitovaný rôznymi organizmami, ako sú lampy a červy.
Megalodón bol dôležitou súčasťou morského ekosystému. Jeho prítomnosť pomohla kontrolovať populácie iných morských zvierat a jej smrť pravdepodobne mala zvlnenie na celú potravinovú webovú stránku. Extinkcia Megalodona stále nie je úplne pochopená, ale je to pravdepodobne kvôli kombinácii faktorov, ako je zmena podnebia, konkurencia s ostatnými predátormi a nadmerné rybolovky.