Dans le cadre de ses compétences, l'agence assure les missions suivantes : 
1° Développement des connaissances en lien avec le monde scientifique et les bases de données déjà existantes dans les institutions productrices de connaissances : 
a) Mise en place, animation, participation à la collecte des données, pilotage ou coordination technique de systèmes d'information sur la biodiversité, l'eau, les milieux aquatiques, leurs usages et les services publics de distribution d'eau et d'assainissement ; 
b) Conduite et soutien de programmes d'études et de prospective, contribution à l'identification des besoins de connaissances et d'actions de conservation ou de restauration ; 
c) Conduite ou soutien de programmes de recherche, en lien avec la Fondation française pour la recherche sur la biodiversité ; 
2° Appui technique et administratif : 
a) Appui technique et expertise, animation et mutualisation des techniques et bonnes pratiques, coordination technique des conservatoires botaniques nationaux ; 
b) Concours technique et administratif aux autres établissements publics chargés de la gestion de l'eau, de la biodiversité et des espaces naturels, notamment par la création de services communs ; cette création ne peut intervenir qu'à la demande du conseil d'administration de l'établissement public intéressé, statuant à la majorité des deux tiers ; 
c) Appui technique et expertise aux services de l'Etat, aux collectivités territoriales et aux établissements publics chargés de la gestion de l'eau, de la biodiversité et des espaces naturels dans la mise en œuvre des politiques publiques ; 
d) Appui technique et expertise aux services de l'Etat, aux collectivités territoriales et aux établissements publics chargés de la gestion de l'eau, de la biodiversité et des espaces naturels pour la mise en œuvre de plans de lutte contre l'introduction et le développement des espèces invasives ; 
e) Appui technique et expertise auprès des acteurs socio-économiques dans leurs actions en faveur de la biodiversité ; 
f) Appui au suivi de la mise en œuvre des règlements et directives européens et des conventions internationales, contribution aux comptes rendus qu'ils prévoient et participation et appui aux actions de coopération et aux instances européennes ou internationales, en concertation avec l'Agence française de développement et le Fonds français pour l'environnement mondial ; 
g) Appui à la préservation des continuités écologiques transfrontalières et aux actions de coopération régionale définies entre la France et les Etats voisins ; 
3° Soutien financier : 
a) Attribution d'aides financières à des projets en faveur de la biodiversité et de la gestion durable et équilibrée de la ressource en eau ; 
b) Garantie de la solidarité financière entre les bassins hydrographiques, notamment en faveur des bassins de la Corse, des départements d'outre-mer ainsi que des collectivités d'outre-mer et de la Nouvelle-Calédonie ; 
4° Formation et communication : 
a) Participation et appui aux actions de formation, notamment dans le cadre de l'éducation nationale, de l'enseignement supérieur et de la recherche et de l'enseignement agricole ; 
b) Structuration des métiers de la biodiversité et des services écologiques ; 
c) Communication, information et sensibilisation du public ; 
d) Accompagnement de la mobilisation citoyenne et du développement du bénévolat ; 
5° Gestion ou appui à la gestion d'aires protégées ; 
6° Contribution à l'exercice de missions de police administrative et de police judiciaire relatives à l'eau et à l'environnement, en liaison avec les établissements publics compétents dans le cadre d'unités de travail communes. 
Les agents affectés à l'Agence française pour la biodiversité chargés de missions de police de l'eau et de l'environnement apportent leur concours au représentant de l'Etat dans le département et au représentant de l'Etat en mer pour exercer des contrôles en matière de police administrative dans les conditions prévues au chapitre Ier du titre VII du livre Ier. Ils exercent leurs missions de police judiciaire dans leur domaine de compétence sous l'autorité du procureur de la République, dans les conditions prévues aux articles L. 172-1 et L. 172-2 ; 
7° Accompagnement et suivi du dispositif d'accès aux ressources génétiques et partage juste et équitable des avantages découlant de leur utilisation ; 
8° Suivi des mesures de compensation des atteintes à la biodiversité.