Cá voi xanh tham gia vào một quá trình tán tỉnh sâu rộng mà đỉnh cao là giao phối. Một con cá voi xanh cái giao phối với nhiều bạn tình, làm tăng cơ hội thụ tinh. Con đực trưởng thành về mặt giới tính trong độ tuổi từ 5 đến 10, trong khi con cái sinh con từ hai đến ba năm một lần.
Không có nhiều thông tin về quá trình giao phối của cá voi xanh, nhưng các nhà khoa học đã phát hiện ra bằng chứng chỉ ra rằng mối đe dọa từ việc săn bắt cá voi đã khiến khoảng thời gian giữa các lần giao phối giảm xuống.
Một con cá voi xanh con mang thai từ 10 đến 11 tháng và một con cá voi xanh cái chỉ sinh một con mỗi lần. Các cặp song sinh, mặc dù được nghe nói đến, là rất hiếm. Khi mới sinh, con bê nặng xấp xỉ 4 tấn và dài bằng một phần ba chiều dài của con mẹ. Bé cao trung bình 1 inch mỗi ngày và cai sữa hoàn toàn sau 7 hoặc 8 tháng.
Một con cá voi xanh trưởng thành không có động vật ăn thịt tự nhiên, nhưng các con non rất dễ bị cá voi sát thủ và những kẻ săn mồi lớn khác tấn công. Để tự bảo vệ mình, những con bê đi theo nhóm từ hai đến ba con, mặc dù những con trưởng thành đã được biết là đi theo nhóm lớn lên đến 60 con cá voi. Cá voi xanh có vẻ như đang đi du lịch một mình, nhưng nó có giọng nói mạnh mẽ, có thể di chuyển hàng trăm dặm trong nước và cho phép nó tiếp xúc với những người còn lại trong bầy của mình.
