En la bahía se encuentra una gran biodiversidad marina, sus aguas frías albergan grandes bancos de sardina y anchoveta, las que sirven como alimento para muchos mamíferos marinos, aves guaneras y crustáceos.

En San Fernando se encuentran una de las mayores colonias de lobos marinos del Perú (entre chuscos y finos), las aves guaneras (guanayes, pelícanos, piqueros etc) constituyen otra gran importante colonia dentro de la ensenada.

Único fenómeno que se da en la costa peruana.

Según estudios científicos realizados en San Fernando, en la ensenada habitan 353 especies (entre mamíferos, aves, reptiles, peces y crustáceos) tanto en biodiversidad marina y terrestre, muchas de ellas en situación vulnerables o en proceso de extinción.

Por otro lado el desarrollo agresivo del turismo en la zona podría afectar seriamente el delicado ecosistema de la ensenada.