Somerhalder engagiert sich bei Organisationen zur Erhaltung der Meere, wie der Sea Shepherd Conservation Society, indem er sie beim Fundraising zu ihrer Anti-Walfang-Kampagne "Operation Zero Tolerance" unterstützte zu ihrer 30 Jahr Feier ging und sich mit deren Merchandiseprodukten abbilden ließ. 2014 gab Somerhalder dem Korallenriff in der Serie "Nature Is Speaking" eine Stimme. Im selben Jahr wurde er zum "United Nations Environment Programme Goodwill Ambassador" ernannt. Somerhalder arbeitet als Freiwilliger bei Tierheimen und der Organisation "New Leash on Life". Weitere Umwelt- und Tierschutzorganisationen, die er unterstützt, sind Animals Asia, die "Best Friends Animal Society", "Global Green", Sierra Club, The Humane Society, "Wild Aid", und den WWF. Des Weiteren unterstützt er die Organisation "Love Letters to the South," die Betroffenen des Hurrikans Katrina finanzielle Hilfe zukommen lässt. Als er 2010 die Folgen der Ölpest im Golf von Mexiko sah, appellierte er an seine amerikanischen Schauspielkollegen, ihre Bekanntheit für eine Spendenaktion zu nutzen. Im November 2010 gründete er selbst eine Organisation, die "Ian Somerhalder Foundation". Diese Organisation befasst sich vor allem mit Tier- und Umweltschutz, aber auch mit anderen Projekten.