Utsläppet orsakades av en brusten rörledning från en oljerigg utanför kusten.
Uppskattningsvis 476 000 liter olja har spridits på en yta om 33 kvadratkilometer. Döda fiskar och fåglar ligger utspridda på stränderna, enligt de lokala myndigheterna.
Stränderna Huntington Beach och Newport Beach är nu avstängda för bad och kustbevakningen har satt in flygplan för att försöka uppskatta förödelsen.
"Effekten på miljön och på djurlivet är oåterkallelig", säger Katrina Foley, regionsföreträdare i Orange County, i ett uttalande.