Các hệ sinh thái thích nghi sự biến đổi bất thường của sông Murray (cũng như các chi lưu của nó). Trên sông có các loài cá bản địa như cá tuyết Murray (Maccullochella peelii), cá tuyết hồi (Maccullochella macquariensis), Cá pecca vàng (Macquaria ambigua), cá pecca Macquarie (Macquaria australasica), cá pecca bạc (Bidyanus bidyanus), cá da trơn đuôi lươn (Tandanus tandanus), cá ốt Úc (Retropinna semonivà) và cá đục miền Tây (Hypseleotris klunzingeri), và các sống dưới nước khác như rùa cổ ngắn Murray, tôm sông Murray, tôm càng rộng và tôm Macrobrachium càng to, cũng như các loài phân bố phổ biến ở khu vực đông nam nước Úc như rùa cổ ngắn, tôm càng xanh Úc (Cherax destructor), tôm Paratya càng nhỏ, chuột nước và thú mỏ vịt. Sông Murray cũng tạo điều kiện để hình thành nên các vạt và rừng bạch đàn trắng nổi tiếng.

Sông Murray đã bị suy kiệt về một cách đáng kể từ khi ngưới Âu đến định cư, chủ yếu là do con người tiến hành điều khiển nguồn nước, hầu hết các hệ thủy sinh của sông bao gồm các loài cá bản địa nay đã tuyệt chủng hoặc trở thành loài hiếm và có nguy cơ tuyệt chủng. Các đợt hạn hán khắc nghiệt gần đây (2000–2007) đã ảnh hưởng đáng kể đến các cánh rừng bạch đàn trắng ven sông, làm dấy lên mối lo ngại về sự tồn tại lâu dài của chúng. Murray cũng có những lúc gây ngập lụt, đáng kể nhất là trận lụt năm 1956 đã làm ngập các thị trấn ở hạ lưu và kéo dài đến sáu tháng.

Các loài cá ngoại lai như cá chép, Gambusia (cá ăn muỗi), Misgurnus (lươn thời tiết), cá pecca vảy đỏ và cá hồi nâu và cá hồi cầu vồng đã có tác động rất tiêu cực đến các loài cá bản địa, trong khi cá chép đã góp phần làm suy thoái môi trường sông Murray và các chi lưu với việc tiêu diệt các loài thực vật thủy sinh và làm tăng độ đục thường xuyên. Tại một số đoạn sông Murray, cá chép là loài duy nhất được tìm thấy.