Chilika er et av stedene i India med høyest biodiversitet. En undersøkelse i 1985–1987 kartla over 800 arter i og rundt lagunen, inkludert mange sjeldne og truede arter. Lagunen er, i tillegg til å være hjem til mange arter, viktig for mange trekkfugler, som flyr hit fra nordlige og sentrale deler av Asia om vinteren. I 1989–1990 ble det estimert at rundt 2 millioner fugler tilbrakte tid i og rundt lagunen. På grunn av den høye biodiversiteten og området økologiske betydning ble Chilika utnevnt til å være det første Ramsar-området i India. Fiske i lagunen er gir levebrød til rundt 150 000 mennesker i nærområdet.