В Индийском океане, особенно в тропической части, воды населены большим количеством разнообразных живых организмов – от планктона до млекопитающих. Фитопланктон отличается обилием одноклеточной водоросли триходесмиум, а зоопланктон представлен копеподами, эуфаузидами и диатомеями. Широко распространены моллюски (крылоногие, створчатые, головоногие и др.). Зообентос представлен также иглокожими (морские звёзды, морские ежи, голотурии и офиуры), кремневыми и известковыми губками, мшанками и ракообразными, а в зоне тропиков и коралловыми полипами.
В ночное время в воде хорошо заметны различные светящиеся организмы – перидинеи, некоторые виды медуз, гребневики и оболочники. Очень распространены ярко окрашенные представители класса гидроидных, в том числе и такой ядовитый их представитель, как физалия.
Самые многочисленные виды рыб – семейство скумбриевых (тунцы, скумбрия, макрель), семейство корифеновые, светящиеся анчоусы — миктофиды, антарктические рыбы подотряда нототениевидных, летучие рыбы, рыбы-парусники и многие виды акул. К опасным обитателям Индийского океана относятся барракуды, мурены и синекольчатый осьминог.
Пресмыкающиеся представлены гигантскими морскими черепахами и морскими змеями, яд которых токсичнее, чем у их сухопутных родичей. В приполярных и умеренных областях обитают китообразные – дельфины, киты (синий и беззубый), касатки и кашалоты. Встречаются также такие млекопитающие, как морские слоны и тюлени.
Острова Индийского океана, а также антарктическое и южно-африканское побережье населяют пингвины, фрегаты и альбатросы. Встречаются на некоторых островах и малочисленные эндемичные виды – птица-фрегат, сейшельская совка, райская мухоловка, пастушковая куропатка и т.д.