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从20世纪80年代开始，随着基因工程的逐步成熟，这项技术也开始被应用到海洋生物的研究与开发中。
海洋生物基因工程应用的思路很清楚，就是要利用特殊的海洋微生物（或植物）来生产具有特殊功能的生物医药、生物材料等，还可以应用在酶工程中，从海洋微生物（比如嗜盐微生物，海底的嗜压微生物）中筛选特种酶，由于它们能够在特殊的环境下稳定生存并具有独特的新陈代谢途径，因而可能具有独特活性和重要的应用价值。通过鉴定相关酶的基因，可以利用基因工程进行大规模生产，避免季节、资源等因素的影响。
海洋生物的研究与开发取得了一些进展，比如在海洋生物医药上，目前共有两种海洋药物被批准上市，2004年12月被美国FDA批准的芋螺多肽毒素MVIIA用于治疗慢性疼痛，2007年10月，Trabectedin（ET743）在欧洲获得通过，用于治疗软组织肉瘤。目前处于临床阶段的海洋药物有40多种，其中多肽结构占据主导地位。但是，基因工程的应用还非常有限，能将海洋生物功能基因转化为工业化生产的例子非常少，说明海洋生物基因功能的发现和利用有其自身的难度。
海洋生物基因工程有两个应用方向目前逐渐成为海洋生物技术研究的主流，一是利用海洋生物修复技术进行海洋环境保护，保证海洋环境的可持续利用和产业的可持续发展；二是利用转基因和基因工程进行水产养殖的改进，使水产养殖业在优良品种培育、病害防治、规模化生产等方面获得长足进步。
之所以聚焦于这两个方面而不是过度关注海洋生物药物，是有其内在逻辑的。因为净化海洋环境以及水产养殖都是海洋生物固有的属性，而从海洋生物中寻找对人类疾病有治疗作用的活性物质虽然也有一定的合理性（本质上与中草药是类似的），但难度上如同大海捞针。
对于海洋环境生物技术，主要是海洋微生物的筛选，有时还包括活性物质的提取，然后利用海洋微生物或活性物质对污染物进行降解，减少毒性或转化为无毒产品，富集和固定有毒物质（包括重金属等），大尺度的生物修复还包括生态系统中的生态调控等。对于水产养殖的改进，主要是从生理学和分子层次探索鱼类、贝类的疾病和免疫机理，然后通过基因工程培育新的抗病品种，提高海洋渔业的质量和产量。