Cá voi sát thủ đang bị đe dọa tuyệt chủng do một số mối đe dọa, bao gồm tràn dầu, tích tụ sinh học của PCB và các chất gây ô nhiễm khác, ô nhiễm tiếng ồn, va chạm với tàu, vướng vào ngư cụ, bắn giết bởi ngư dân và xáo trộn môi trường sống của những người theo dõi cá voi. Ngoài ra, sự suy giảm của các quần thể con mồi, chẳng hạn như động vật có vú ở biển và một số loài cá, ảnh hưởng đến hệ sinh thái của nó.
Các mối đe dọa trước đây đối với cá voi sát thủ bao gồm việc bắt giữ để sử dụng trong các cuộc triển lãm thủy cung và săn bắn thương mại. Mặc dù có rất ít cá voi sát thủ bị săn bắt vì giá trị thương mại của chúng kể từ năm 2014, nhưng chúng vẫn tiếp tục bị các ngư dân thương mại, những người coi chúng như đối thủ cạnh tranh bắn hạ. Kể từ vụ tràn dầu Exxon Valdez năm 1989, dầu tràn và rò rỉ các chất ô nhiễm khác được coi là mối đe dọa nghiêm trọng đối với cá voi sát thủ. Những nhiễu động tiếng ồn ảnh hưởng đến cá voi sát thủ bao gồm sóng siêu âm cường độ cao của Hải quân, mà quét CAT đã chứng minh gây xuất huyết quanh não và tai của chúng, cũng như âm thanh từ các trang trại khoan, vận chuyển và cá hồi.
Vào năm 2013, Danh sách Đỏ của Liên minh Bảo tồn Thiên nhiên và Tài nguyên Thiên nhiên Quốc tế về các loài bị đe dọa đã liệt kê đơn vị phân loại của cá voi sát thủ là thiếu dữ liệu. Trước đây, cá voi sát thủ được coi là một loài, nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng có thể có một số loài cá voi sát thủ, trong đó có một số loài có nguy cơ tuyệt chủng vào năm 2014. Cá voi sát thủ thường trú trong vỏ và cư trú tại các khu vực cụ thể, trong khi cá voi sát thủ nhất thời di chuyển đến nhóm nhỏ hơn và phạm vi trong các khu vực lớn hơn. Ví dụ, cá voi sát thủ cư trú phía Nam, một nhóm ba loài vỏ lớn sống ở vùng biển ven biển phía Tây Hoa Kỳ và Canada, đã được tuyên bố là loài nguy cấp theo Đạo luật về các loài nguy cấp năm 2005, và Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia đã tuyên bố phạm vi của chúng một sinh cảnh quan trọng cần được bảo tồn vào năm 2006.
