Pyhäjärven suojelutyöhön ja järven tilan seurantaan kytkeytyy olennaisesti myös kalaston tutkimus ja seuranta sekä hyvää vedenlaatua tukeva kalastus. Järviekosysteemin ravintoverkossa kalat vaikuttavat monella tasolla, ja kalaston runsaus ja lajien väliset suhteet omalta osaltaan säätelevät järven tilaa ja vedenlaatua. 

Pyhäjärvessä yleisesti esiintyvistä kaloista kiiski, ahven, särki, kuore, hauki, lahna, salakka, made ja kivisimppu kuuluvat järven luontaiseen kalastoon. Luontaista kalastoa on täydennetty istutuksilla jo 1900-luvun alusta lähtien. Istutusten kautta järveen on kotiutettu esimerkiksi muikku ja siika. Järvessä esiintyy harvalukuisena myös lähinnä istutuksista peräisin olevaa taimenta. Itäpuolella järveen laskevassa Pyhäjoessa kuitenkin lisääntyy myös geneettisesti eriytynyt taimenkanta, jonka elinvoimaisuutta Pyhäjärven suojeluohjelma pyrkii osaltaan edistämään.

Kaupallisen kalastuksen merkittävimpiä saaliskaloja Pyhäjärvessä ovat ahven, särki, kuore, muikku ja siika. Muikku ja siika ovat vuosikymmeniä olleet Pyhäjärven perinteisiä arvokaloja ja ahvenen merkitys arvokkaana kaupallisena saaliina on kasvanut 2000-luvun aikana. Kaupallisesti kannattamattomia kalalajeja on hoitokalastettu 1990-luvun puolivälistä alkaen. Hoitokalastuksen toteuttajina toimivat Pyhäjärven ammattikalastajat. Vuodesta 2016 alkaen hoitokalastuksen koordinoinnista on vastannut Varsinais-Suomen ELY-keskus. 2010-luvulla aloitetun särjen kaupallisen pyynnin myötä yhä suurempi osa aiemmin vajaasti hyödynnetystä saalista on nykyään hyödynnettävissä elintarviketeollisuuden raaka-aineena, eikä siten vaadi taloudellista tukea. 

Pyhäjärven kalasto ja kalastus ovat aktiivisen tutkimuksen ja seurannan kohteina, esimerkiksi muikun kannanvaihtelua on seurattu 1970-luvun alusta lähtien. Lisäksi jatkuvasti seurataan mm. talvinuottasaaliin lajikoostumusta, saalislajien koko- ja ikäjakaumia sekä koko vuoden saalismääriä lajeittain.

Virkistys ja kotitarvekalastuksen kohdelajeina ovat mm. ahven, hauki, siika, muikku, särki ja made. Lisätietoa kalastusluvista löydät vesialueen omistajia edustavan Pyhäjärven hoitoyhdistys ry:n sivuilta, joilta pääset myös ostamaan kalastusluvan.

Pyhäjärvi oli 1800-luvun lopussa kansallisesti merkittävä rapujärvi ja jokirapua vietiin sekä Venäjälle että myöhemmin myös Ruotsiin. Rapu oli ammattikalastuksen pääsaalis. 

Rapusaaliit olivat suuria vuoteen 1907 saakka, mutta rapuruton tulon myötä saaliit romahtivat ja vesipyynti alettiin suunnata kaloihin. Jokirapukanta toipui rapurutosta, mutta rapurutto iski uudelleen, ja sen aiheuttaman laajan raputuhon jälkeen 1930-luvun lopussa kanta ei enää palautunut laajoista istutuksista huolimatta.

Pyhäjärvellä toimii nykyisin noin parikymmentä ammattimaisesti ravustavaa henkilöä, sekä lisäksi huomattava määrä sivutoimisesti ravustavia henkilöitä. Rapusesonki alkaa 21.heinäkuuta ja jatkuu lokakuulle saakka.