Quần đảo Hawaii nằm cách Bắc Mỹ 2.500 dặm (4.000 km) và cách châu Á 3.800 dặm (6.100 km). Sự cách biệt về mặt địa lý này tạo nên số loài sinh vật đặc hữu nhiều khác thường cho hệ sinh thái nơi đây.[4] Chỉ loài nào có khả năng bay hoặc bơi với cự li cực lớn mới có thể đến được quần đảo này. Mặc dầu người bản địa Polynesia và sau này là người châu Âu đã đưa đến đây các sinh vật ngoại lai nhưng hệ sinh thái quần đảo Tây Bắc Hawaii vẫn hầu như nguyên vẹn. Được ví như những cánh rừng nhiệt đới của biển cả, các rạn san hô rộng lớn ở Papahānaumokuākea là ngôi nhà của hơn 7.000 loài sinh vật biển.[5] Trong số các loài sinh vật sinh sống tại đây, có hơn 1.700 loài là đặc hữu của quần đảo Hawaii. Vì nguyên do này mà nơi đây còn được phong là "Galápagos của Mỹ".

Mặc dù không lâm vào tình trạng tồi tệ như các đảo chính Hawaii nhưng hệ sinh thái quần đảo Tây Bắc Hawaii cũng phải gánh chịu sự tàn phá từ phía con người. Cuối thế kỉ 19 - đầu thế kỉ 20, ngư dân, thợ mỏ phân chim và thợ săn chim lấy lông vũ đã giết hại phần lớn chim chóc và sinh vật biển của quần đảo này. Thỏ được đưa đến đảo Laysan và Lisianksi, nơi chúng gia tăng số lượng và ăn mất hầu hết thảm thực vật nơi đây, tuyệt diệt hoàn toàn một số loài thực vật. Điều may mắn là đa phần các mất mát trên đã được khôi phục và quần đảo gần như trở lại trạng thái ban đầu khi chưa bị con người khai phá.

Một số loài sinh vật đặc hữu của quần đảo Tây Bắc Hawaii là Telespiza ultima, Telespiza cantans, Anas laysanensis (tức vịt Laysan - "loài chim nước quý hiếm nhất của Hoa Kỳ"[6]) và Pritchardia remota. Một số loài nổi bật khác là Phoebastria immutabilis (hải âu Laysan), Monachus schauinslandi (hải cẩu thầy tu Hawaii) và Chelonia mydas (đồi mồi dứa). Hầu hết các loài đặc hữu của quần đảo có nguy cơ tuyệt chủng rất cao trong trường hợp xảy ra thảm hoạ nào đó quét sạch thảm sinh vật trên mỗi đảo. Quần đảo này cũng là nơi sở hữu đến 70% số rạn san hô của Hoa Kỳ.