Отдельный экспозиционный зал представляет обитателей морей и морских млекопитающих (34 вида) Сахалинской области.

Биогруппа “Каланы” знакомит с редкой морской выдрой, населяющей побережья островов Большой Курильской гряды. Этот зверь имеет всемирную известность благодаря высокому качеству меха. К началу двадцатого столетия находился на грани полного истребления. Промысел на него запрещен с 1911 года. В настоящее время внесен в Красную книгу.

Систематическая коллекция знакомит с настоящими тюленями (Phocidae), населяющими моря и морские побережья на островах. Коллекцию составляют наиболее распространенные и многочисленные виды тюлений: лахтак (Erignathus barbatus), ларга (Phoca largha), кольчатая нерпа (Phoca hispida), крылатка (Phoca fasciata).

Диорама “Лежбище северного морского котика. Остров Тюлений.” показывает одно из крупнейших лежбищ представителя ушастых тюлений (Otanidae) морского котика (Callorhinus ursinus). В зале экспонируется макет острова Тюлений. Этот небольшой (длиной около 700 метров) скалистый островок находится в Охотском море. В летний и осенний сезоны (период размножения и выкармливания детенышей) его населяют около 80 тысяч котиков и разнообразные морские колониальные птицы, из которых самую крупную гнездовую колонию (около 200 тысяч птиц) на острове образует тонкоклювая кайра (Uria aalge). Небольшие лежбища (около 400 животных) на острове образует близкий родственник морского котика сивуч (Eurnetopias jubatus). На Сахалине и Курилах насчитывается до 25 лежбищ сивуча. Карта в экспозиции показывает распространение курильского калана и ластоногих в Сахалинской области. Крупное лежбище морского котика (около 50 тысяч особей) известно в северной части Курильской гряды на островах Среднева и Ловушки. Лежбища сивуча встречаются гораздо чаще на островах, но численность животных на них меньше.

В морях, омывающих острова области, обитает 25 видов китообразных (12 видов дельфинов и 13 видов китов), из которых 11 видов — редкие и внесены в Красную книгу. В экспозиции представлены части скелета современных зубатого и усатого китов, окаменелые остатки древнего китообразного.

В витринах экспонируются наиболее характерные виды беспозвоночных животных: губки, моллюски, ракообразные, иглокожие. Здесь также можно видеть обитателей Охотского и северной части Японского морей: промысловые виды рыб, включая тихоокеанских лососей (Oncorhynchus), и экзотические виды рыб, таких как акула-молот (Sphyrna zygaena), рыба-луна (Mola rnola), рыба-лягушка (Aptocyclus ventricosus), рыба-бурая собака (Fugu rubripes), рыба-японская лисичка (Percisjaponicus).