Cú sừng lớn chủ yếu ăn các loài động vật có vú, chim, bò sát và lưỡng cư có kích thước nhỏ đến trung bình. Theo thống kê, thỏ và thỏ rừng là con mồi thường xuyên nhất của cú sừng lớn. Các loài gặm nhấm, chuột, sóc, chuột nhắt, chuột đồng và chuột đồng cũng bị ăn thịt thường xuyên.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng những sinh vật sống về đêm được ưa thích bởi cú sừng lớn, vì loài chim này cũng chủ yếu sống về đêm. Cú sừng vĩ đại có khả năng săn mồi những sinh vật nặng hơn chính nó từ hai đến ba lần. Theo About.com, chúng là loài động vật duy nhất thường xuyên ăn chồn hôi, mặc dù không phải loài độc nhất.
Những con cú sừng lớn thường kiếm ăn những con quạ Mỹ trưởng thành và làm tổ. Vì lý do này, họ thường bị quạ tấn công như một biện pháp phòng ngừa. Chim ưng Peregrine và chim ưng biển cũng bị những con cú sừng lớn ăn thịt. Cú sừng lớn thường nhổ lông chim trước khi ăn chúng, điều này bao gồm việc xé và bỏ các phần cánh và chân của chúng.
Cú sừng lớn bổ sung vào chế độ ăn uống của nó cá, động vật giáp xác, côn trùng, rết, giun đất và bọ cạp. Động vật thuần hóa, chẳng hạn như chó và mèo nhỏ, cũng là mục tiêu của cú sừng lớn. Vì cú sừng lớn là kẻ săn mồi tự nhiên đối với rất nhiều sinh vật, nên người ta thường thấy các bản sao bằng nhựa của chúng ở những nơi có động vật hoang dã gây phiền hà.
