Megalodonov ekosistem je bil eden najbolj raznolikih in dinamičnih v Zemljini zgodovini. Megalodon je bil vrhunski plenilec svojega časa, ki je plenil na najrazličnejše morske življenje. Njegova prehrana je verjetno vključevala kite, delfine, tjulnje, morske leve, morske želve in celo druge morske pse. Megalodon je živel v različnih habitatih, od plitvih obalnih voda do globokih oceanskih voda. Najdeno so ga v vseh svetovnih oceanih, razen Arktike in Antarktike.
Megalodon je bil del zapletenega spleta s hrano, saj je med seboj medsebojno sodelovalo veliko različnih vrst. Na primer, Megalodon so plenili drugi morski psi, kot sta Veliki beli morski pes in Shorfin Mako Shark. Megalodon so verjetno parazitirali tudi z različnimi organizmi, kot so Lampreys in Worms.
Megalodon je bil pomemben del morskega ekosistema. Njegova prisotnost je pripomogla k nadzoru populacije drugih morskih živali, njegova smrt pa je verjetno vplivala na celoten splet hrane. Megalodonovo izumrtje še vedno ni povsem razumljeno, vendar je verjetno posledica kombinacije dejavnikov, kot so podnebne spremembe, konkurenca z drugimi plenilci in prekomerno ribolov.