根據上述職責，自治區海洋局設4個內設機構。
（壹）辦公室（行政審批辦公室）。
負責文電、會務、機要、檔案、人事、黨群、離退休管理等機關日常運轉工作；承擔信息、安全、保密、信訪和新聞發布工作；負責機關財務和資產管理；組織編制部門預算，監督管理預算執行、各項費用使用；組織實施政府采購；負責海洋資源行政審批報件的受理、初審、送辦、督辦、發文（證）工作。
（二）法規和規劃科技處。
起草與海洋資源有關的地方性法規、規章、規範性文件草案；組織有關法律法規的宣傳教育；承擔行政執法監督、行政復議和行政應訴工作；擬訂全區海洋綜合開發整治的政策措施，組織擬訂並監督實施我區海洋事業發展、海洋經濟發展、海洋主體功能區、海洋信息化等規劃和科技興海戰略；承擔海洋經濟運行監測、統計、核算、評估及信息發布的工作；組織開展海洋科學技術研究與應用；組織實施海洋調查與評價工作；組織實施海水利用和海洋可再生能源研發、應用；承擔科技平臺和數字海洋建設；承擔海洋科技成果、知識產權管理工作；組織實施本行業科技項目的對外合作與交流。
（三）海域和海島管理處。
執行海域使用和海島管理政策與技術規範，編制並實施全區海洋功能區劃和海島保護規劃；承擔海域使用項目的審核、海域使用權登記工作；承擔無居民海島的開發、建設、保護與管理工作；承擔海域使用金具體征收和減免的有關工作；承擔海域使用和海島使用的論證評估工作；承擔海島名稱及其標誌設置的有關工作。
（四）海洋環境保護和海洋預報減災處。
組織開展海洋環境的監測、監視與評價，編制全區海洋環境專項信息；監督陸源汙染物排海；承擔海洋工程建設項目對海洋環境汙染損害的防治工作，根據國家授權開展海洋油氣勘探開發和海洋傾廢對海洋環境汙染損害的防治工作；監督海洋生物多樣性和海洋生態環境保護；組織全區海洋環境監測、監視網絡；承擔海洋觀測、預報和評價的管理工作；組織編制並實施海洋災害應急預案；編制海洋災害和海平面公報。