Omkring 2.000 stycken som daterats för mer än 1.000 år sedan sågs på havsbottnen av medlemmar i en dykklubb, sade den israeliska Antiquities Authority.
Till en början trodde gruppen att mynten var leksaker, men insåg snabbt betydelsen av deras upptäckt.
Antiquities Authority sa att fyndet var "så värdefullt att det är ovärderligt".
Dykare utforskade en gammal hamn i Caesarea när de kom över guldet. De samlade in flera mynt och återvände snabbt till stranden för att informera klubbens chef.
Experter från den myndighet som kallades till platsen avslöjade "nästan 2.000 guldmynt i olika valörer" cirkulerade av Fatimid Kalifat, som styrde stora delar av Mellanöstern och Nordafrika från 909 till 1171.
Kobi Sharvit, chef för den marina arkeologiska enheten vid Israel Antiquities Authority, sade att utgrävningar skulle utföras i hopp om att sprida mer ljus över skattens ursprung.
Han tillade: " Det är förmodligen ett skeppsbrott där av en officiell finansbåt som var på väg till centralregeringen i Egypten med skatter som hade inkasserats.
"Kanske var myntens skatt avsedd att betala lönen för den Fatimid militära garnisonen som var stationerad i Caesarea och skyddade staden."
Han sade en annan teori var att skatten tillhörde ett stort handelsfartyg som handlade med kuststäderna och hamnen vid Medelhavet.
Draget, som väger 9 kg (20 lb), tros ha exponerats till följd av vinterstormar.
Det är nu statens egendom och det fanns ingen hittelön.
Scubadykare har oavsiktligt upptäckt den största trave av guldmynt som någonsin hittats utanför Israels Medelhavskust.