Como a maioria dos mamíferos, os machos das baleias têm um pênis e as fêmeas têm uma vagina; entretanto, os machos mantêm seus órgãos genitais escondidos em uma cavidade. Eles se acasalam debaixo d'água, deitando-se um ao outro, de barriga com barriga, e podem acasalar enquanto estão parados ou nadando. Machos e fêmeas acasalam-se com várias baleias para aumentar as chances de reprodução.
As baleias atingem a maturidade sexual quando têm de 8 a 10 anos de idade, e as fêmeas dão à luz uma vez a cada poucos anos. O tempo exato de gestação varia de acordo com a espécie; enquanto os filhotes de baleias jubarte levam 11 meses, os filhotes de cachalotes podem levar até 15. Eles estão prontos para nadar desde o nascimento e mamar até os 6 meses de idade. Antes que a fêmea esteja pronta para acasalar novamente, ela deve descansar por mais seis meses após o desmame de seu filhote. No entanto, espécies mais sociais de baleias amamentam por longos períodos de tempo. Cachalotes amamentam por até dois anos. O desmame completo pode levar mais tempo.
Embora as baleias sejam geralmente sociais e amigáveis umas com as outras, as vagens podem ficar muito tensas quando os machos estão lutando pelo afeto de uma fêmea. Raramente há lesões graves ocorridas durante essas lutas, no entanto. O som de seus chamados muda sutilmente, muitas vezes atraindo a atenção de outros machos de baleia que chegam para se reproduzir e diminuir as chances de endogamia.
