Cá voi sinh sản bằng cách trải qua giai đoạn tán tỉnh và giao phối. Con đực và con cái đặt vị trí bụng để bụng và xếp các cơ quan sinh sản của chúng.
Chu kỳ sinh sản của cá voi bắt đầu trong những tháng mùa đông khi chúng rời nơi kiếm ăn để đến vùng nước ấm hơn của nơi sinh sản. Đầu tiên, những con đực hoặc bò đực tán tỉnh những con cái hoặc bò cái bằng cách ca hát, thể hiện kỹ năng bơi lội của chúng và chiến đấu với nhau. Tuy nhiên, cả con đực và con cái đều giao phối với một số loài cá voi khác nhau trong mùa sinh sản để tối đa hóa cơ hội sinh sản.
Cá voi cái mang con non từ 10 đến 17 tháng tùy thuộc vào loài. Khi đã đến thời điểm sinh nở, những con cái trở lại bãi giao phối hoặc đẻ. Sau khi sinh, bê con bú mẹ đến 2 năm, chỉ được cai sữa một lần là có thể tự tìm thức ăn. Ngay cả sau khi đã cai sữa, một con bê thường ở với mẹ của nó thêm một hoặc hai năm.
Cá voi không đạt đến độ tuổi trưởng thành về mặt sinh dục cho đến khi chúng được 8 đến 10 tuổi và đôi khi là 15 tuổi ở một số loài. Đôi khi, những con cá voi mới trưởng thành này vẫn ở với vỏ ban đầu của chúng, bao gồm các thành viên trong gia đình.