Đa dạng sinh học là một nguồn tài nguyên quan trọng cần được giữ gìn, bảo tồn để duy trì cân bằng sinh thái cho cả khu vực, gồm toàn bộ các dạng sống được tạo nên từ trái đất. Đa dạng sinh học luôn được thể hiện ở các cấp độ khác nhau như đa dạng gen, đa dạng loài và đa dạng hệ sinh thái. Theo các nhà khoa học của Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, ở cấp độ hệ sinh thái, Vịnh Hạ Long có thể được chia làm hai hệ sinh thái lớn, đó là hệ sinh thái rừng thường xanh mưa ẩm nhiệt đới và hệ sinh thái biển và ven bờ.
Đối với hệ sinh thái rừng thường xanh mưa ẩm nhiệt đới, các nhà khoa học đã thống kê được trên các đảo ở Vịnh Hạ Long, Bái Tử Long và Cát Bà có 507 loài, 351 chi thuộc 110 họ thực vật bậc cao, trong đó có 486 loài mộc lan, 17 loài dương xỉ và 20 loài thực vật ngập mặn; đối với động vật đã thống kê được 66 loài lưỡng cư và bò sát, 77 loài chim và 22 loài thú. Đặc biệt, các nhà khoa học Pháp (thời người Pháp còn chiếm đóng vùng than Quảng Ninh) và Hiệp hội Bảo tồn thiên nhiên thế giới (IUCN) đã phát hiện được 17 loài thực vật đặc hữu chỉ có ở Hạ Long như nhài Hạ Long, sung Hạ Long, khổ cừ Đại Nhung, tuế Hạ Long…
Hệ sinh thái rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới ở Hạ Long còn có đặc trưng bởi các kiểu rừng trên núi đá vôi. Các kiểu thảm thực vật và rừng này được chia làm 4 loại chính, mỗi loại có đặc thù riêng, gồm rừng ẩm mưa mùa trên núi đá, dạng cây bụi trên nền khô núi đá, rừng ngập mặn và thực vật ở hang động núi đá.
Đối với hệ sinh thái biển và ven bờ (gồm hệ sinh thái đất ướt và hệ sinh thái biển), các nhà khoa học đã thống kê được tại Vịnh Hạ Long, Bái Tử Long và Cát Bà có 571 loài động vật đáy, 419 loài sinh vật phù du, 181 loài san hô, 156 loài cá, 139 loài rong biển, 5 loài cỏ biển và 19 loài thực vật ngập mặn.
Đối với hệ sinh thái đất ướt, căn cứ theo đặc trưng môi trường sống của các loài, các nhà khoa học phân chia hệ sinh thái đất ướt ở Hạ Long gồm 6 dạng sinh thái cơ bản: Hệ sinh thái rừng ngập mặn, hệ sinh thái thảm cỏ biển, hệ sinh thái bãi triều rạn đá quanh các đảo, hệ sinh thái bãi triều cát ven đảo, hệ sinh thái vùng triều thấp đáy mềm cửa sông, hệ sinh thái rạn san hô và hệ sinh thái tùng, áng.
Đối với hệ sinh thái biển gồm có thực vật phù du, động vật phù du, động vật đáy biển và động vật tự du.
Trong những năm qua, với sự quan tâm của các bộ, ngành Trung ương; sự chỉ đạo quyết liệt của tỉnh và sự vào cuộc của các cơ quan chức năng, công tác quản lý, bảo tồn môi trường, giữ gìn an ninh trật tự trên Vịnh Hạ Long và Bái Tử Long đã có những chuyển biến tích cực. Công tác tuyên truyền bằng nhiều hình thức về các giá trị và sự cần thiết phải bảo vệ, gìn giữ môi trường Vịnh Hạ Long được các cơ quan chức năng triển khai đến rộng rãi du khách, người dân và các doanh nghiệp hoạt động trên Vịnh và ven bờ Hạ Long; các hành vi vi phạm như đánh bắt hải sản trái quy định, đổ bùn thải xuống Vịnh… đều được xử lý nghiêm. Tuy nhiên, vẫn còn đó các âu lo về môi trường sinh thái của Vịnh Hạ Long bị ô nhiễm, đa dạng sinh học, thành phần loài động thực vật ở Hạ Long suy giảm. Nguyên nhân là nguồn rác thải, nước thải sinh hoạt tại các đô thị ven bờ, từ các hoạt động khai thác, chế biến than đổ ra Vịnh mà chưa được kiểm soát triệt để. Bùn đất từ đầu nguồn theo các con sông, suối đổ ra Vịnh gây lắng đọng đáy Vịnh Hạ Long, ảnh hưởng đến môi trường sinh tồn của hệ san hô và các loài động vật đáy. Quá trình lấn biển, mở rộng đô thị đã làm thu hẹp diện tích rừng ngập mặn.
Do đó, theo các nhà khoa học, Di sản - Kỳ quan thế giới Vịnh Hạ Long đã được bảo tồn tương đối tốt nhưng cũng còn nhiều vấn đề cần quan tâm, đặc biệt là đối với môi trường sinh thái. Điều đó đòi hỏi trách nhiệm và sự chung tay của cả cộng đồng.
