藍鯨分布於從南極到北極之間的南北兩半球各大海洋中，尤以接近南極附近的海洋中數量較多，熱帶水域較為少見。在我國見於黃海、東海、南海，包括台灣南部及西南部水域。盡管體形巨大，平時行動緩慢，常常靜止不動，卻能在水中沉浮自如，尾巴靈活地擺動，既是前進的動力，也起著舵的作用，前進的時速高達28千米。
藍鯨棲息的海灣大多由陸地的河水中衝入極為豐富的有機質，使水質十分肥沃，促進了浮遊生物的大量繁殖。而密集的浮遊生物，又引來了身體閃耀著藍色光芒的大群磷蝦。令人不可思議的是，藍鯨這種超大型的動物竟然就是以磷蝦這種微小的動物為主要食料的。它的胃分成四個，第一胃為食道部分膨大而變成的，所以胃口極大，一次可以吞食磷蝦200萬隻，每天要吃掉4000～8000千克，如果腹中的食物少於2000千克，就會有饑餓的感覺。磷蝦是全世界數量最多的動物，廣泛分布於南北極海區，正是由於如此豐富的食物，而且生活在水裏沒有支持體重的限製，所以藍鯨才能發育得這樣巨大。它每天都用大部分時間張開大口遊弋於稠密的浮遊生物叢中，嘴巴上的兩排板狀的須像篩子一樣，肚子裏還有很多像手風琴的風箱一樣的褶皺，能擴大又能縮小，這樣它就可以將海水和磷蝦一齊吞下，然後嘴巴一閉，使海水從須縫裏排出，濾下小蝦小魚，吞而食之。藍鯨的食物還有其他蝦類、小魚、水母、矽藻，以及各種浮遊生物等。相形之下，生活在北方海域的藍鯨，體形比生活於南極附近水域的要小，一般認為這與其食物的種類和數量有著密切的關係。
藍鯨雖然生活在大海裏，但也同其他哺乳動物一樣，用肺進行呼吸，肺的重量達1000多千克，能容納1000多升的空氣。這樣大的肺容量，使它呼吸的次數大大減少，大約每隔10～15分鍾才露出水麵呼吸一次。呼吸時先將肺內的二氧化碳等廢氣從鼻孔排出體外，然後再吸進新鮮氧氣。每當它的頭部露出水麵呼吸時，先將體內廢氣排出，這股強有力的灼熱氣流衝出鼻孔時，噴射的高度可達10米左右，並把附近的海水也一起卷出海麵，使藍色的海麵上出現了一股蔚為壯觀的水柱，遠遠望去，宛如一股海上噴泉，同時還發出猶如火車汽笛一般響亮的聲音，人們稱之為“噴潮”。人們可以根據藍鯨噴氣時發出的聲音、噴潮的高度和形狀，來確定它的位置。
一般鯨類在潛水之前是不會升起尾巴的，但藍鯨在潛水之前總是將尾巴露出水麵，有時竟高高地躍出水麵，然後迅速潛入30～40米的水中去尋覓食物。平時它也喜歡用尾鰭打水，這是一種有著多種用途和多種目的的消遣，可能是在做遊戲，也可能是為了引起同伴的注意，或許是為了擺脫皮膚上的寄生蟲的騷擾。雖然有人曾見到50～60隻藍鯨成群活動，但一般很少結成群體，大多數是孤獨的，或僅有2～3隻在一起活動。雙棲的藍鯨彼此十分和睦，一起遊泳、潛水、覓食和呼吸，宛如鴛鴦，形影不離，身後常常留下一條寬寬的水道。3隻在一起的藍鯨，大多為雌獸和一隻幼仔鯨緊靠在一起，雄獸尾隨其後，相距大約3米左右。
藍鯨在冬季繁殖，雌獸一般每兩年生育一次，懷孕期為10～12個月，每胎隻產1仔。剛出生的幼仔體長就達6～8米，體重約為6000千克，為了防止窒息而死，雌獸要將幼仔托出水麵呼吸第一口空氣，以後它就能自己呼吸了。雌獸的一對乳頭長在生殖孔的兩側，哺乳的時候遊在海水的上層，幼仔則緊跟在雌獸後方的下麵，因為幼仔沒有能動的嘴唇，不能自己銜著乳頭吮乳汁，雌獸就憑借肌肉的收縮，將乳汁直接噴射到幼仔的嘴裏，這也是它對水中生活的一種很好的適應。藍鯨乳汁中的營養十分豐富，其中脂肪的含量是牛乳的10倍，而幼仔每天吸食的乳汁在1000千克以上，所以發育得很快，8個月以後，體長可增加到15米，體重增長到23000千克，可以自己張嘴吃各種浮遊生物了。到了2歲半至3歲時，體長即可超過20米。性成熟的年齡約為8～10歲，壽命一般都在50歲以上，最多可以活到90～100歲。在所有動物中，藍鯨發出的聲音最大，藍鯨在與夥伴聯絡時使用一種低頻率，震耳欲聾的聲音。這種聲音有時能超過180分貝，比你站在跑道上所聽到的噴氣式飛機起飛時發出的聲音還要大，靈敏的儀器曾在80千米以外探測到藍鯨的聲音。