Megalodons økosystem var et av de mest mangfoldige og dynamiske i jordens historie. Megalodonet var toppens rovdyr for sin tid, og byttet på et bredt utvalg av marint liv. Kostholdet inkluderte sannsynligvis hvaler, delfiner, seler, sjøløver, havskilpadder og til og med andre haier. Megalodon bodde i en rekke naturtyper, fra grunt kystfarvann til dypt havvann. Det ble funnet i alle verdens hav, bortsett fra Arktis og Antarktis.
Megalodonet var en del av en sammensatt matvev, med mange forskjellige arter som samhandlet med hverandre. For eksempel ble Megalodon byttet av andre haier, for eksempel den store hvite haien og Shortfin Mako Shark. Megalodon ble også sannsynligvis parasittisert av en rekke organismer, for eksempel lampreys og ormer.
Megalodonet var en viktig del av det marine økosystemet. Dens tilstedeværelse bidro til å kontrollere befolkningen fra andre marine dyr, og dens død hadde sannsynligvis en ringvirkning på hele matveven. Megalodons utryddelse er fremdeles ikke helt forstått, men det skyldes sannsynligvis en kombinasjon av faktorer, for eksempel klimaendringer, konkurranse med andre rovdyr og overfiske.