Ekosystem Megalodona był jednym z najbardziej różnorodnych i dynamicznych w historii Ziemi. Megalodon był drapieżnikiem szczytowym swoich czasów, żerując w szerokiej gamie życia morskiego. Jego dieta prawdopodobnie obejmowała wieloryby, delfiny, foki, lwy morskie, żółwie morskie, a nawet inne rekiny. Megalodon żył w różnych siedliskach, od płytkich wód przybrzeżnych po głębokie wody oceaniczne. Znaleziono go we wszystkich oceanach świata, z wyjątkiem Arktyki i Antarktydy.
Megalodon był częścią złożonej sieci pokarmowej, a wiele różnych gatunków współdziała ze sobą. Na przykład Megalodon był żerowany przez inne rekiny, takie jak Wielki Biały Rekin i Shortfin Mako Shark. Megalodon prawdopodobnie był również pasożytowany przez różne organizmy, takie jak minogi i robaki.
Megalodon był ważną częścią ekosystemu morskiego. Jego obecność pomogła kontrolować populacje innych zwierząt morskich, a jego śmierć prawdopodobnie miała wpływ na całą sieć pokarmową. Wyginięcie Megalodonu wciąż nie jest w pełni zrozumiałe, ale prawdopodobnie wynika to z połączenia czynników, takich jak zmiany klimatu, konkurencja z innymi drapieżnikami i przełowienie.