Göçü boyunca İstanbul Boğazı'nı kullanan balıklardan, sardalya.

Karadeniz ile Marmara Denizi arasında bir doğal koridor görevi gören İstanbul Boğazı birbirinden farklı iki ekosistem arasında yer alır ve zengin bir biyolojik çeşitliliğe sahiptir. Atlas Okyanusu'ndan gelen göçücü pelajik balıkların Boğaz'dan geçerek Karadeniz'e yaptığı göçler balıkçılar arasında anavaşya olarak adlandırılır. Kışa yakın, havalar soğumaya başlayınca bu balıklar yine Boğaz'dan geçerek Marmara'ya ve oradan da Akdeniz ile Atlas Okyanusu'na geri dönüş yaparlar. Balıkların Boğazlar üzerinden Karadeniz sularından ayrılması olayına da katavaşya denir. Bu dönemlerde İstanbul Boğazı balık türlerinin beslenme ve üremesi konusunda önemli bir merkezdir.

Son yıllarda Boğaz suyunda artan kirlilikle bağlantılı olarak Boğaz ekosisteminde görülen balık çeşitleri büyük ölçüde yok olmuştur. İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi'nin hazırladığı raporlara göre 70'li yılların sonlarında İstanbul Boğazı'nda yaşayan balık türü 60 iken, İstanbul Boğazı'nda yaşanan çevresel bozulma nedeniyle bu sayı günümüzde 20'ye kadar düşmüştür. İstanbul Boğazı'nda canlı çeşitliliği bakımından tehlike altında olan ve korunması gereken toplam 33 deniz bitkisi ve hayvanı bulunmaktadır. İstanbul şehri, köklü bir kültür ve geçmişin yanı sıra; sahip olduğu doğal alanlar da hesaba katılarak UNESCO'nun 1972 tarihli Dünya Kültürel ve Doğal Mirasının Korunmasına Dair Sözleşmesi ile Akdeniz'de ortak öneme sahip 100 tarihî sit alanından biri seçilmiştir.

İstanbul Boğazı dönemsel olarak denizanası akınına uğrar. Boğaz'ın tüm yüzeyini kaplayan ve genelde koylarda biriken denizanaları balıkçılar için sıkıntı yaratır. Boğaziçi'nde eskiye oranla büyük artış gösteren denizanası popülasyonunun nedeni olarak Boğaz'a karışan evsel ve endüstriyel atıklar gösterilmektedir.

Boğaz'da nadiren rastlanan ve hem İstanbulluların, hem de iç basının büyük ilgi gösterdiği yunuslar ise yalnızca temiz sularda görülebilmeleri bakımından sevinç yaratmaktadır. Eski dönemlerde Boğaz'da görülen yunuslar afalina ve mutur denen türlerdi. Bu hayvanlar lüfer sürülerinin peşinden Boğaz'a girer ve avlanırken balık sürülerini kıyılara sürdüğü için balıkçılar tarafından "mübarek hayvan" olarak adlandırılır, uğurlu sayılırdı. Zaman zaman ise ağlara takılan yunuslar balık ağlarını parçalar ve yakalanan balıkların kaçmasına neden olurdu. Boğaz'da görülen yunusların sayısı 1950'lerden itibaren Karadeniz'de zıpkınla avlanma ve su kirliliği nedeniyle azaldı.

Geçmişte İstanbul direyinde daha sık karşılaşılan yunuslar dışında, Boğaz sularında görülen bir başka deniz memelisi de foklardı. 1960'lara dek Türkiye'nin tüm kıyılarında yaşayan fok türü, Akdeniz fokuydu. Foklar İstanbul'da en yaygın olarak Adalar ve Tuzla kıyılarında ürer, kışın ise daha geniş alanlara yayılırlardı. İstanbul Boğazı'na da giren foklar, Boğaz'ın işlek olmayan koylarında ve hatta yalıların boşalan kayıkhanelerinde barınırlardı. Foklar en çok levrekle beslenirdi. Henüz yavruyken yakalanan kimi foklar eğitilerek Eminönü ve Galata'daki eğlence merkezlerinde düzenlenen gösterilerde kullanılırdı. Foklar da, yunuslar gibi kirlilik ve yavruladıkları alanların kentleşmesi gibi nedenlerde Boğaziçi direyinden silindiler.

Boğaziçi'nde hâkim kuş türü ise martılardır. Yalnızca İstanbul Boğazı'nda değil tüm İstanbul kıyılarında, hatta iç kesimlerde bile görülen martılar Boğaziçi'nin önemli simgelerindendir. 20. yüzyılın ilk çeyreğine değin Boğaz'ı çevreleyen tepelerde tavşan, sülün, keklik, güvercin, bıldırcın, üveyik, karatavuk avlandığı kaydedilmiştir. Pırnalların olduğu yerlerde bülbül, ispinoz, fülürye, serçe; korularda ise ağaçkakan, karga, saksağan ve tarla kuşları olduğu bilinmektedir.

Belirli dönemlerde Boğaziçi'ne akın eden leylek, çaylak ve kırlangıç sürüleri de artık günümüzde Boğaziçi'nden hemen hemen silinen canlılardır.