海南省海洋与渔业厅的内设机构包括办公室，主要负责起草和审核综合性文件、重要报告，组织会议、秘书事务、信息综合等工作，以及机关日常行政管理和机要保密任务。此外，还负责编辑年鉴、大事记和史志，以及电子政务的实施工作。财务管理方面则按照相关法规执行。
组织人事处负责厅机关和下属单位的人事管理、机构编制、干部培训、老干部服务、党群和机关工会工作，以及机关的纪检和行政监察工作。
政策法规处负责海洋与渔业发展战略的研究、政策措施的提出，地方性法规规章草案的拟定，行政复议、应诉指导，法规审查备案，以及人大、政协议案提案等工作，同时处理海洋环境损害和渔业资源损害索赔事宜。
发展计划处负责全省海洋经济与海洋事业规划制定，海洋经济运行监测、统计等工作，编制年度预算，组织项目编制审查和财务管理，监督渔港建设，负责渔业统计，推动科技开发和行业技术进步。
海域与海岛管理处负责全省海域使用和海岛管理，包括海洋功能区划、海域使用规划、海岛保护等，审核海域使用项目，负责无居民海岛管理和海岸带资源管理等。
环境保护处负责海洋与渔业水域环境的保护，包括海洋保护区管理、污染应急处理、污染物排放控制等，发布海洋环境状况信息。
捕捞处指导全省捕捞生产和结构调整，监督实施捕捞规定，组织资源调查、渔场预报，指导渔具渔法改革和示范项目，审核远洋渔业项目，扶持捕捞合作社和协会。
养殖处推动水产健康养殖，编制养殖业发展规划，指导养殖业发展和养殖证制度，负责内陆水域资源管理和病害防治，指导新技术推广和培训，管理水产苗种。
市场与质量监管处指导海洋渔业产品加工、流通和市场建设，负责渔业产业化龙头企业的管理，水产品进出口贸易指导，水产品质量安全监管，以及水产品认证和管理。
渔政渔监处负责渔业船舶和渔政、渔港的监督管理，渔业资源保护，渔政执法，渔业船舶检验和港口安全设施管理等。
预报减灾处负责海洋与渔业的预报减灾工作，包括海洋观测、防灾救灾、应急预案制定和渔业互保指导。
行政审批办公室负责海洋与渔业行政审批和行政许可的规章制度制定，审批事项处理，以及与政务中心的协调工作。
海南省海洋与渔业厅为主管海南省全省海洋经济、海洋事务和渔业行政工作的海南省人民政府组成部门。海南省海洋与渔业厅挂海南省渔政渔港监督管理局牌子。