Le cycle biologique est monophasique haplontique (il n'y a apparemment qu'une seule phase végétative avec des noyaux cellulaires tous haploïdes), la reproduction est holocarpique (toute l'algue se transforme en gamètes puis meurt), les zoïdes sont biflagellés isocontés (à deux flagelles égaux et semblables) et la fécondation est anisogame (les zoïdes femelles sont plus gros que les mâles). Ces caractères reproductifs, ainsi que la présence d'amyloplastes, sont propres à un groupe d'algues comprenant notamment les Halimèdes et les Caulerpes qui justifie pour certains auteurs d'en faire un ordre, celui des Halimedales, distinct des Bryopsidales.
La reproduction sexuée est rarement remarquée car le phénomène est bref et occasionnel. Des franges de courts filaments ramifiés terminés par des gamétanges vésiculeux apparaissent sur la tranche des articles. La gamétogenèse affecte alors l'ensemble du contenu cytoplasmique de l'algue : les zoïdes biflagellés sont libérés brusquement en fin de nuit en s'échappant par de petits orifices spéciaux de la paroi des vésicules. L'algue se trouve alors entièrement vide et morte. Elle se désagrège rapidement, les débris calcifiés venant se déposer en sédiments sur le fond marin.
Halimeda tuna se propage également par multiplication asexuée, soit par fragmentation quand des articles cassés et dispersés sont éventuellement capables de se fixer et de démarrer une nouvelle croissance, soit par l'émission de filaments se comportant comme des stolons au bout desquels se développent les bourgeons de nouveaux chapelets.
Halimeda tuna est une algue réputée plutôt sciaphile (vivant à l'ombre), présente dans les étages infralittoral et circalitoral sur les fonds rocheux d'eaux moyennement agitées.
C'est un contributeur important des écosystèmes coralligènes.
En Méditerranée, les débris d'Halimeda tuna peuvent constituer le principal apport d'origine biologique des sédimentations calcaires actuelles de faible profondeur.
Halimeda tuna héberge souvent un de ses prédateurs, une petite limace de mer de couleur verte, Bosellia mimetica, remarquable par la qualité de son mimétisme avec l'algue.
Halimeda tuna est une algue commune indigène en Méditerranée, la seule représentante du genre Halimeda dans cette mer (sauf localement Halimeda opuntia introduite au début du XVIIIe siècle). Elle y est connue de longue date et c'est à partir de ses stations méditerranéennes que l'espèce a été décrite à l'origine.
Halimeda tuna est une espèce pantropicale car sa présence a ensuite été attestée dans toutes les mers chaudes du Monde où elle peut alors côtoyer d'autres représentants du genre Halimeda.