Коктебельский залив служит местом нереста для многих видов рыб: черноморской барабули, черноморской ставриды, морского окуня, морского карася. Всего здесь водятся около 80 видов рыб и 200 видов бентосных животных. У берегов Кара-Дага встречаются все три вида черноморских дельфинов: дельфин-белобочка, афалина и азово-черноморская обыкновенная морская свинья (азовка). Морская биота акватории представлена типичной черноморской флорой (454 вида) и фауной (около 900 видов).