大海马主要长在热带海域的浅海礁石附近，喜欢清澈温暖的水。它们像小马一样趴在珊瑚礁上，用管状嘴吃小生物，冬天会躲进海藻丛里。

因为它们需要稳定的水温25到30度，盐度30‰左右的环境，所以只能在赤道南北纬20度内的海域生存。数据显示国际自然保护联盟评估，大海马目前分布在14个热带国家，包括菲律宾、印尼、澳大利亚北部等。它们的栖息水深一般在5到50米，像菲律宾苏禄海发现的个体，体长能达到80厘米，但大部分只有30厘米左右。食物链显示它们吃浮游生物和有机碎屑，每天需要进食相当于自身体重3%的食物量。海洋学家通过声呐扫描发现，大海马群常聚集在珊瑚礁与沙质海底交界处，那里水流带来的食物更充足。不过要注意，过度捕捞和珊瑚礁破坏已让它们的数量下降30%，现在被列为易危物种。