1777年，丹麦学者O.F.米勒开始用显微镜观察微小的海洋浮游生物。19世纪初，欧洲各国的生物学家已联系沿岸和浅海环境研究海洋生物的组成和分布规律。 法国J.V.奥杜安和H.米尔恩-艾德华兹于1832年提出了浅海生物的分布图式。英国E.福布斯在大量采集和研究的基础上，提出海洋生物垂直分布的分带现象，划分了4个深度带：滨海带（Littoral zone）、海带带(Laminarian zone)、珊瑚藻带(Coralline algae zone)和深海珊瑚带(Deep-sea coral zone),并将欧洲海域划分成几个生物地理省。他指出生物种类随海洋深度的增加而减少的趋势，但错误地认为 550米以下的海域不会有生物生存。
福布斯和 R.戈德温-奥斯汀合著的《欧洲海的自然历史》是海洋生态学的第一部论著。以后，各国广泛地进行深海生物调查。最有代表性的是英国C.W.汤姆孙领导的英国“挑战者”号考察(1872～1876)，发现了大量深海动物(包括在6250米深处采到了10种动物)和新的生物种属，综合研究了生物与海洋环境的关系。1877年和1883年K.A.默比乌斯研究了牡蛎生物群落，提出了广温性生物、狭温性生物、广盐性生物和生物群落(Biocoenosis)等生态学的重要概念，并限定Community与 Biocoenosis有相同的意义(生物群落)。1887年德国V.亨森首先使用了“浮游生物”(Plankton)一词；1891年德国哈克尔首先提出底栖生物 (Benthos)和游泳生物(Nekton)两个名词。这是海洋生物的 3个主要生态类群。与此同时，在意大利的那不勒斯（那波利）、法国的罗斯科夫、英国的普利茅斯等地建立海洋生物研究机构。18世纪末至19世纪末是海洋生态学研究的初始阶段。
海洋生物生态的定量研究是从19世纪末、20世纪初开始的。亨森和丹麦C.G.J.彼得松分别对浮游生物和底栖生物的数量分布变化、群落组成进行了研究；在游泳生物方面，则主要研究了经济鱼类的种群生态（包括数量变动和分布洄游等）。用标志放流法研究鱼类的栖息洄游也是彼得松于20世纪初开始的。20、30年代，欧洲各国（包括苏联）对海洋生物生态工作开展了广泛的研究。斯韦尔德鲁普等(1942)的专著《海洋》总结了以往海洋生态研究的成果。50年代丹麦“铠甲虾”号和苏联“勇士”号调查取得大量的深海资料，证明在6000米到 10000多米深的水层、洋底和深海沟都有生物生存，使深海生态的研究进了一步。海洋生态学专著的出版则是在50年代。美国J.W.赫奇佩斯等主编的《海洋生态学和古生态学论文集》（1957）和穆尔的《海洋生态学》(1958)总结了过去研究结果，为海洋生态学发展第二阶段的主要著作。
20世纪60年代以来，海洋生态学研究得到了迅速和全面的发展。其特点表现为：综合研究海洋生物与环境条件之间的相互关系，包括人类各项活动对海洋环境、生物组合和资源的影响,即人为变化的效应,预测环境条件、生物资源以及整个生态系统的演变趋势和进程；研究人工控制下，经济生物的大量繁殖、发展，阐明生物的生理生态机制；大规模的综合生态调查与实验生态观察相互结合,尤其是迅速发展起来的海洋生态系研究,将自然生态的观察和实验生态的研究紧密结合，着重研究海洋生态系的结构和功能，生态系中生物与非生物环境之间物质循环和食物链内的能量流动，生态系中各级海洋生物生产力的变化、资源的预报和增殖，以及人工控制下的现场实验生态研究。如70年代开始的“控制生态系污染实验”（CEPEX）和人工小宇宙 (Mesocosm)研究。海洋生态系的研究已成为当前海洋生态学中最活跃的一个领域。
