O cenário natural da costa de São Paulo é caracterizado por ecossistemas de grande importância biológica e beleza cênica. Estes ecossistemas abrigam uma rica diversidade de espécies distribuídas em áreas marinhas, costeiras e insulares, incluindo espécies endêmicas e ameaçadas. Uma grande variedade de peixes vive, se alimenta e se reproduz nas águas marinhas paulistas, incluindo espécies recifais e de valor comercial. Cerca de 54 espécies de tubarões foram registradas na região. Dentre elas, espécies sob risco de extinção, como o tubarão-salteador (Carcharhinus limbatus) e o tubarão-martelo (Sphyrna lewini). A raia-jamanta (Manta birostris), que pode atingir 7 m de comprimento e 1,5 tonelada de peso, corre o risco de desaparecer do litoral de São Paulo.
Os ambientes insulares se destacam por sua relevância ecológica e seus altos níveis de endemismo. A maior frequência de endemismos está entre invertebrados, anfíbios e répteis, como a jararaca-ilhoa (Bothrops insularis) e a jararaca de Alcatrazes (Bothrops alcatraz), esta última criticamente ameaçada de extinção.
As ilhas do litoral paulista também oferecem locais de repouso e nidificação para aves marinhas e migratórias. Algumas, como o trinta-réis-de-bico-vermelho (Sterna hirundinacea), o trinta-réis-real (Sterna maxima) e o e o albatroz-de-sobrancelha (Thalassarche melanophris) são espécies consideradas vulneráveis. As porções marinhas das ilhas abrigam tartarugas marinhas, incluindo espécies ameaçadas (Chelonia mydas e Eretmochelys imbricata). No litoral paulista são encontradas todas as espécies de tartaruga marinha existentes no Brasil.
A costa paulista é habitat para inúmeros mamíferos marinhos. É frequente, por exemplo, a ocorrência do golfinho-pintado-do-atlântico-sul (Stenella frontalis), da franciscana (Pontoporia blainvillei) e da baleia-de-bryde (Balaenoptera edeni), todas pertencentes à categoria Data Deficient (insuficientemente conhecidas) da IUCN.
Por essas características, o litoral de São Paulo é uma área prioritária para conservação da biodiversidade marinha e costeira no Brasil. A CI-Brasil e seus parceiros desenvolvem importantes ações nessa região, visando à criação de novas unidades de conservação e o fortalecimento das já existentes; e, simultaneamente, estimulando a pesquisa científica para um melhor conhecimento da biodiversidade e para a formulação de estratégias efetivas de conservação