Cá voi sát thủ thích nước biển lạnh nhưng chúng sống ở các đại dương trên khắp thế giới. Tây Bắc Thái Bình Dương và các vĩ độ cao hơn ở Nam Đại Dương là những khu vực có nhiều cá voi sát thủ nhất, theo Sea World. Vùng nước nông dọc theo bờ biển là vị trí thường thấy của cá voi khi kiếm ăn.
Do quần thể cá voi sát thủ quá lớn nên chỉ sống ở những vùng nước lạnh, nhiều con sống ở những vùng nước ấm hơn, chẳng hạn như dọc theo bờ biển Florida, Hawaii và Vịnh Mexico. Mặc dù nước biển mở được ưa thích hơn, nhưng một số cá voi sát thủ đã được phát hiện ở các con sông, bao gồm sông Rhine và sông Thames.
