La baie d’Halong abrite les écosystèmes caractéristiques des régions tropicales maritimes: forêts inondées par l’eau salée, récifs coralliens et forêts tropicales. Les grottes de la baie créent également un écosystème nommé tung ang, qui n’existe nulle part ailleurs.

La topographie de la baie d’Halong est complexe. Les ressources alimentaires sont abondantes, c’est pourquoi, la région abrite un impressionnant nombre de plantes et d’animaux. Plusieurs conditions sont favorables au développement des écosystèmes: les îles favorisent la stabilité du niveau de la mer et du climat, avec des températures variant entre 19 et 25 ºC et une moyenne de précipitations annuelles de 2 000 à 2 200 mm.
Le corail, surtout concentré à l’est et au sud, loin de la terre ferme, pousse en abondance dans la zone maritime. Selon un sondage mené par ABB en 1995 et certaines recherches conduites par l’Institut océanographique de la baie d’Halong, la mer abriterait 163 espèces marines appartenant à 12 familles différentes. Les coraux de couleur bleue, blanche et rouge sont situés à environ 5 m de profondeur. Ils abritent 107 espèces de poissons, d’algues et de plantes.
L’écosystème crée par les forêts inondées d’eau salée est particulièrement intéressant. Ces forêts sont concentrées à Tuần Châu, Cửa Lục, Ba Chẽ et disséminées sur la rive. La province de Quảng Ninh renferme la plus grande variété de plantes d’eau salées du Nord du Vietnam comme palétuviers, aegycéras, mam, quan .... Plusieurs espèces animales habitent ces forêts: 37 espèces d’oiseaux migrateurs, 81 espèces d’animaux marins et 90 espèces de poissons appartenant à 55 familles. Les animaux d’eau profonde composent 61 % des toutes les espèces de la région, certaines ayant une grande valeur sur le marché.
La baie d’Halong possède également un écosystème de forêt tropicale. La région abrite plusieurs espèces animales rares comme le chevreuil, la belette, l’écureuil et diverses espèces de singes.
Le petit système tùng áng communiquant avec la mer est aussi le lieu de résidence de diverses espèces animales et végétales: algues, poissons, crevettes, etc. La haute mer abrite plus de 1 000 espèces marines; leur exploitation annuelle représente plusieurs milliers de tonnes.