La région autour de l'île de Hilton-Head Island accueille de nombreuses espèces animales, parmi lesquelles des alligators, des cerfs de Virginie, des caouannes, des centaines d'espèces d'oiseaux ainsi que des grands dauphins.
Le Coastal Discovery Museum, en conjonction avec le SC Department of Natural Resources, observe les plages de mai à octobre dans le cadre du Sea Turtle Protection Project. L'objectif de ce projet est d'inventorier et de surveiller les sites de nidification puis, si nécessaire, de les déplacer vers des zones préférables. Durant les mois de l'été, le musée propose la Turtle Talk & Walk, qui est un tour destiné à informer et sensibiliser le public quant à cette espèce en dager. Pour protéger les caouannes, une ordonnance municipale stipule que l'éclairage artificiel doit être recouvert de façon à être invisible de la plage, ou être éteint à dix heures du soir du 1er mai au 31 octobre chaque année.
Les eaux entourant l'île de Hilton-Head font partie des quelques rares qui, à la surface du globe, abritent de façon régulière des dauphins utilisant une technique de chasse par laquelle ils contraignent les bancs de poissons à s'enliser dans les eaux boueuses. Les dauphins de la région reposent sur le côté pendant qu'ils se nourrissent avant de glisser dans l'eau à nouveau.
Les estuaires marécageux de l'île de Hilton-Head Island sont des terres de chasse et de reproduction pour de nombreuses espèces de poissons d'eau de mer recherchés par les pêcheurs, mais aussi pour les mammifères marins. La densité de la population de plancton donne aux eaux côtières une couleur entre le marron et le vert. Ce plancton permet la vie marine, notamment la présence d'huîtres, de crevette]s et d'autres invertébrés, mais aussi des poissons comme le Brevoortia patronus ou le mulet, lesquels permettent à leur tour à des poissons plus gros et aux mammifères marins de s'épanouir alentour. Parmi les poissons qu'il est coutume de pêcher dans la zone, on compte le Sciaenops ocellatus, la truite de mer tachetée, Archosargus probatocephalus, le cobia et le tarpon.