Việc săn bắt cá voi xanh bị cấm bởi Ủy ban săn bắt cá voi quốc tế và cá voi xanh được liệt kê là có nguy cơ tuyệt chủng theo Sách đỏ của IUCN về các loài nguy cấp và Đạo luật về các loài nguy cấp của Hoa Kỳ tính đến năm 2014. Các nỗ lực bảo tồn khác bao gồm giám sát quần thể bằng thẻ vệ tinh và quan sát viên trên tàu.
Vì kích thước của chúng, cá voi xanh không phải là mục tiêu của những người săn bắt cá voi cho đến cuối thế kỷ 19, khi pháo lao gắn trên boong được phát minh. Từ đó cho đến khi IWC ra lệnh cấm săn bắn vào năm 1966, quần thể cá voi xanh đã giảm từ 70 đến 90%. Hoạt động săn bắt trái phép tiếp tục diễn ra cho đến cuối những năm 1970, nhưng từ đó đến năm 2014, không có hoạt động săn bắt cá voi xanh nào vì mục đích thương mại, ngoại trừ những vụ việc cá biệt.
Ngoài săn bắt, cá voi xanh còn phải đối mặt với các mối đe dọa như tàu bị đình công, vướng vào ngư cụ thương mại, tiếng ồn từ các tàu biển và suy thoái môi trường sống do ô nhiễm và trái đất nóng lên. Việc gắn thẻ vệ tinh giúp các nhà nghiên cứu tìm hiểu đường đi của cá voi để tránh đối đầu với tàu thuyền và nghề cá. Các quan sát viên ở các khu vực đánh bắt cá và lưu thông tàu rộng rãi giúp tránh va chạm và vướng mắc. Việc sử dụng pingers âm thanh giúp xua đuổi cá voi xanh và các loài động vật biển có vú khác khỏi các điểm đánh cá. Các lĩnh vực đang theo dõi và nghiên cứu bao gồm suy thoái môi trường sống do ô nhiễm ở các khu vực có quần thể cá voi xanh, chẳng hạn như khu vực sông St. Lawrence ở Bắc Đại Tây Dương và sự tan chảy của băng ở Nam Cực do trái đất nóng lên.
