Aunque fue descrito en Marbella, localidad de la que proviene su nombre, la mayor parte de las observaciones de este nudibranquio se concentran en el litoral granadino y el sur de Portugal. La dieta de Tambja marbellensis se basa principalmente en briozoos, un grupo de pequeños animales coloniales cuyo nombre significa “animales musgo”, debido al aspecto que presentan muchas de sus colonias sobre las rocas y algas.

También existen nudibranquios depredadores de otros nudibranquios, y en este caso, Tambja marbellensis es una de las presas de Tyrannodoris europaea. Para localizarlos, Tyrannodoris es capaz de seguir el rastro químico de las sustancias defensivas que Tambja libera al desplazarse, convirtiendo su propia defensa en una pista para sus depredadore