A Megalodon ökoszisztémája a Föld története egyik legváltozatosabb és dinamikusabb volt. A Megalodon volt a korának csúcs ragadozója, a tengeri élet széles skáláján. Táplálkozása valószínűleg a bálnákat, a delfineket, a fókákat, a tengeri oroszlánokat, a tengeri teknősöket és még más cápákat is tartalmazta. Megalodon különféle élőhelyekben élt, a sekély part menti vizektől a mély óceánvizekig. A világ összes óceánjában találták meg, kivéve a sarkvidéket és az Antarktiszot.
A Megalodon egy összetett ételháló része volt, sok különböző faj kölcsönhatásba lépett egymással. Például a Megalodont más cápák, például a Nagy Fehér Shark és a Shortfin Mako cápa áldozták. A Megalodont valószínűleg különféle szervezetek, például lámpák és férgek parazitizálták.
A Megalodon a tengeri ökoszisztéma fontos része volt. Jelenléte elősegítette a többi tengeri állatok populációinak ellenőrzését, és halálának valószínűleg fodrozódása volt az egész élelmiszerhálóra. A Megalodon kihalása még mindig nem érthető teljesen, de valószínűleg a tényezők, például az éghajlatváltozás, a verseny más ragadozókkal való verseny és a túlhalászás kombinációjának köszönhető.