国家海洋局南海分局是国家海洋局设在南海的海洋行政管理机构，下设办公室（新闻信息办、保卫处）、政策法规和规划处（监督管理处）、海域和海岛管理处、海洋环境保护处、海洋科学技术处、海洋预报减灾处、人事处（总队政治处）、财务处（资产管理处）、党委办公室、纪检监察办公室（审计办公室）等部门，主要按照国家有关法规、规定，代表国家海洋局履行在南海区的海洋行政管理职能，在海区组织开展海洋行政管理、执法监督和公益服务等项工作。
国家海洋局南海分局目前拥有南海规划与环境研究院、南海环境监测中心、南海调查技术中心（南海浮标中心）、南海预报中心、南海信息中心、南海分局机关服务中心、深圳海洋环境监测中心站（深圳海洋预报台）、珠海海洋环境监测中心站、汕尾海洋环境监测中心站、北海海洋环境监测中心站局属单位。