Fernando de Noronha apresenta uma grande variedade de habitats e vasta cobertura recifal, o que é refletido na elevada biodiversidade marinha e no alto grau de endemismo, razões pelas quais a região é de extrema importância para a conservação marinha. Serafini et al (2010), listaram para o local, com base em levantamento bibliográfico:
› 169 espécies conhecidas de peixes recifais, sendo 10 dos endêmicos;
› 218 espécies conhecidas de moluscos, sendo 3 endêmicos;
› 11 espécies conhecidas de corais;
› 33 espécies conhecidas de cnidários;
› 77 espécies conhecidas de esponjas.
As inúmeras piscinas naturais estão repletas de peixes (incluindo os cartilaginosos, como raias e tubarões), esponjas, algas, moluscos e corais, dentre eles o mais abundante no Arquipélago, o Montastraea cavernosa. Nas águas rasas encontram-se peixes coloridos como a donzela de rocas; o sargentinho; a coroca e também as moréias. Nas águas profundas podem ser encontrados os peixes frade, budião, ariquita, piraúna e o borboleta. Os cações, o pacífico lambaru e as raias podem ser vistos repousando no fundo.
Uma das espécies que representam o Arquipélago é a Stenella longirostris, nome científico dos golfinhos rotadores, cujo nome vulgar faz referência aos saltos com rotação do corpo que costumam executar fora da água. Estes animais podem atingir até 2 m de comprimento e 90 Kg de peso e se distribuem nas zonas tropicais e subtropicais em todos os oceanos. Os golfinhos rotadores apresentam um comportamento social bastante complexo, deslocando-se geralmente em grupos.
Em Fernando de Noronha, o mirante da Baía dos Golfinhos é um local onde esses animais podem ser observados em seu ambiente natural. A área é utilizada para descanso, reprodução e cria dos animais que, no turno da tarde, deslocam-se para se alimentar de pequenos peixes e lulas em alto-mar. Este é o único local onde ocorre concentração de golfinhos rotadores em todo o Oceano Atlântico. A proibição de circulação de embarcações e mergulho na enseada foi estabelecida em 1986, como medida de proteção para que seja possível a conservação desses animais (para maiores informações, ver: https://www.golfinhorotador.org.br).
Outro grupo representativo da fauna marinha da região são as tartarugas marinhas. Fernando de Noronha é sítio de reprodução da tartaruga-verde (Chelonia mydas), que utiliza suas praias arenosas para desovar entre os meses de dezembro e julho. É também área de alimentação, crescimento e repouso para juvenis desta espécie e da tartaruga-de-pente (Eretmochelys imbricata). O Centro Nacional de Conservação e Manejo das Tartarugas Marinhas – TAMAR está presente na Ilha e desde 1984 zela pelos animais, seus ovos e seus ambientes de reprodução, além de monitorar e avaliar as suas populações. Esses animais são protegidos por Decreto-Lei que estabelece a proibição da captura, pesca e molestamento de todas as espécies de quelônios em águas brasileiras (para mais informações, ver: http://www.tamar.org.br).
