बंगाल की खाड़ी जैव-विविधता से परिपूर्ण है, जिसके कुछ अंश हैं प्रवाल भित्ति, ज्वारनदमुख, मछली के अंडेपालन एवं मछली पालन क्षेत्र एवं मैन्ग्रोव। बंगाल की खाड़ी विश्व के ६४ सबसे बड़े सागरीय पारिस्थितिक क्षेत्रों में से एक है।

"केरीलिया जेर्दोनियाई" बंगाल की खाड़ी का एक समुद्री सांप होता है। एक शंख शेल ("Conus bengalensis") जिसे ग्लोरी ऑफ़ बंगाल अर्थात बंगाल की शोभा कहा जाता है, इसको यहां के सागरतटों पर यत्र-तत्र देखा जा सकता है। इसकी सुंदरता देखते ही बनती है। ओलिव रिडले नामक समुद्री कछुआ विलुप्तप्राय प्रजातियों में आता है, इसको गहीरमाथा सागरीय उद्यान, गहीरमाथा तट, ओडिशा में पनपने लायक वातावरण उपलब्ध कराया गया है। इसके अलावा यहां मैर्लिन, बैराकुडा, स्किपजैक टूना, ("Katsuwonus pelamis"), यलोफ़िन टूना, हिन्द-प्रशांत हम्पबैक डॉल्फ़िन ("Sousa chinensis"), एवं ब्राइड्स व्हेल ("Balaenoptera edeni") यहां के कुछ अन्य विशिष्ट जीवों में से हैं। बे ऑफ़ बंगाल हॉगफ़िश ("Bodianus neilli") एक प्रकार की व्रास मीन है जो पंकिल लैगून राख या उथले तटीय राख में वास करती है। इनके अलावा यहाम कई प्रकार के डॉल्फ़िन झुण्ड भी दिखाई देते हैं, चाहे बॉटल नोज़ डॉल्फ़िन ("Tursiops truncatus"), पैनट्रॉपिकल धब्बेदार डॉल्फ़िन ("Stenella attenuata") या स्पिनर डॉल्फ़िन ("Stenella longirostris") हों। टूना एवं डॉल्फ़िन प्रायः एक ही जलक्षेत्र में मिलती हैं। तट के छिछले एवं उष्ण जल में, इरावती डॉल्फ़िन ("Orcaella brevirostris") भी मिल सकती हैं। डब्ल्यूसीएस के शोधकर्ताओं के अनुसार बांग्लादेश के सुंदरबन इलाके और बंगाल की खाड़ी के लगे जल क्षेत्र में जहां कम खारा पानी है, वहां हत्यारी व्हेल मछलियों के नाम से कुख्यात अरकास प्रजाति से संबंधित करीब 6,000 इरावदी डॉल्फिनों को देखा गया था।

ग्रेट निकोबार बायोस्फ़ियर संरक्षित क्षेत्र में बहुत से जीवों को संरक्षण मिलता है जिनमें से कुछ विशेष हैं: खारे जल का मगर ("Crocodylus porosus"), जाइंट लेदरबैक समुद्री कछुआ ("Dermochelys coriacea"), एवं मलायन संदूक कछुआ ("Cuora amboinensis kamaroma")।

एक अन्य विशिष्ट एवं विश्वप्रसिद्ध बाघ प्रजाति जो विलुप्तप्राय है, रॉयल बंगाल टाइगर, को सुंदरबन राष्ट्रीय उद्यान में संरक्षण मिला हुआ है। यह उद्यान गंगा-सागर-संगम मुहाने पर मैन्ग्रोव के घने जंगलों में स्थित है।

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