Lwy morskie są mięsożernymi zwierzętami żywiącymi się kałamarnicami i ośmiornicami. Zjadają również duże ilości ryb, w tym sardynki, anchois, śledzie, łososie, pompano i makrele.
Ryby są głównym źródłem pożywienia dla lwów morskich. Lwy morskie także jedzą kraby i małże. Dokładna dieta lwa morskiego różni się w zależności od tego, które źródła żywności są obfite. Często polują w pobliżu brzegu, gdy jest odpowiednia ilość ofiar. Jednak przenoszą się one do obszarów położonych dalej od wybrzeża, aby w razie potrzeby znaleźć więcej żywności, chociaż zwiększa to ryzyko zjadania przez wieloryby i rekiny.
Gdy źródła żywności są wyjątkowo rzadkie, lwy morskie mogą odżywiać się swoimi młodymi, aby przeżyć. Naukowcy są przekonani, że spożywanie innych lwów morskich jest naturalnym instynktem, który pomaga kontrolować populację tego gatunku, szczególnie w czasach niedostatecznych dostaw żywności.
Gdy lwy morskie schwytają swoją ofiarę, połykają całą żywność bez żucia. Jednak używają swoich 34 do 38 zębów, aby rozerwać duże części ich ofiary, które trudno przełknąć. Używają też zębów, aby przełamać skorupki małży i zjeść miękkie jedzenie w środku. Lwy morskie często przerzucają swoje ofiary wiele razy, dopóki nie znajdą odpowiedniej pozycji do łatwego trawienia pokarmu.
