As baleias assassinas, como todos os outros mamíferos, se reproduzem por meio da reprodução sexual, que requer a união do esperma de uma baleia assassina macho com o óvulo de uma baleia assassina fêmea. Uma vez que a concepção ocorre, o ovo fertilizado se desenvolve em um jovem mamífero que permanece no útero de sua mãe por aproximadamente 17 meses antes de nascer.
Depois de atingir a maturidade sexual, as baleias assassinas fêmeas normalmente dão à luz um único filhote a cada três a cinco anos, o que ocorre em parte porque as baleias assassinas têm um longo período de gestação. Além disso, a prole das baleias assassinas depende do leite materno por aproximadamente dois anos após o nascimento. Apesar do grande cuidado dispensado por suas mães, apenas cerca de metade dos filhotes de baleias assassinas sobrevivem ao primeiro ano de vida. As baleias assassinas levam cerca de 15 anos desde o nascimento para atingir a maturidade sexual, e as baleias assassinas geralmente param de se reproduzir quando têm cerca de 40 anos, embora possam viver até 80 anos. As fêmeas mais velhas que não conseguem mais se reproduzir ajudam a proteger os filhotes das fêmeas mais jovens e também a socializar as jovens orcas.As baleias assassinas frequentemente param de se reproduzir quando suas condições de vida não são favoráveis. Falta de comida, poluição e exposição a sons altos que limitam sua capacidade de comunicação são condições que podem impedir que as baleias assassinas se reproduzam ou gerem filhotes. As baleias assassinas não se reproduzirão se não houver companheiros adequados disponíveis de fora de seus próprios grupos sociais ou grupos.
