L'éléphant de mer Mirounga leonina est un visiteur régulier de l'île mais ne s'y reproduit pas.

Comme l'indique le nom du site de "La Mare aux Eléphants", l'éléphant de mer est probablement très fréquent avant l'arrivée des premiers visiteurs. Suite à la chasse intensive des 18ème et 19ème siècles, la fréquentation de l'île Amsterdam par les éléphants de mer a fortement diminué. En 1987, on ne mentionne que quelques dizaines d'individus sur ce site. En 1995, moins de dix individus fréquentent la Mare aux Eléphants. Ce sont principalement des mâles venant à terre pour la mue.

L'éléphant de mer est un pinnipède de la super famille des Phocidae. L'éléphant de mer présente le plus fort dimorphisme sexuel observé chez les mammifères. Le mâle peut peser jusqu'à 5 tonnes, alors que les plus petites femelles pèsent environ 500 kg (les plus lourdes dépassent rarement 1 tonne). La reproduction est polygame, un mâle pouvant se reproduire avec plusieurs dizaines de femelles constituant son harem. Chaque année, la femelle arrive à terre pour mettre bas d'un jeune d'environ 30 kg qui sera sevré en 1 mois à 300 kg. Après cette brève période d'élevage, la femelle est fécondée par le mâle et retourne en mer durant 11 mois. La femelle reviendra alors à terre pour une nouvelle saison de reproduction.