Der Charlotte Harbor ist bekannt für seine Biodiversität. Im Mündungsgebiet der Zuflüsse gibt es ausgedehnte Seegraswiesen, Mangrovensümpfe und Feuchtwiesen, sodass das Gebiet eine hohe ökologische und für die Fischerei eine hohe ökonomische Bedeutung hat. Neben zahlreichen weiteren Schutzgebieten schützt der Charlotte Harbor Preserve State Park 170 km² der angrenzenden Küstengebiete mit insgesamt 112 km Küstenlinie.[2]
Die Ausweitung der Wohnbebauung aufgrund des starken Bevölkerungswachstums an der Golfküste und die zunehmende Intensivierung der Landwirtschaft, insbesondere die Einschwemmung von Phosphat aufgrund Überdüngung, gefährden jedoch das Ökosystem.[3] Das Charlotte Harbor National Estuary Program, nur eines von drei derartigen Projekten in Florida, soll die Wasserqualität der Bucht und die ökologische Vielfalt schützen.