As baleias azuis se envolvem em um extenso processo de cortejo que culmina no acasalamento. Uma baleia azul fêmea acasala com vários parceiros, aumentando as chances de fertilização. Os machos se tornam sexualmente maduros entre as idades de cinco a 10 anos, enquanto as fêmeas dão à luz a cada dois ou três anos.
Não se sabe muito sobre o processo de acasalamento das baleias azuis, mas os cientistas descobriram evidências que indicam que a ameaça da caça às baleias fez com que os intervalos entre os acasalamentos diminuíssem.
Uma baleia azul bebê tem uma gestação de 10 a 11 meses, e uma baleia azul fêmea dá à luz apenas um filhote por vez. Embora se tenha ouvido falar de gêmeos, eles são muito raros. Ao nascer, o bezerro pesa aproximadamente 4 toneladas e tem cerca de um terço do comprimento de sua mãe. Ele cresce em média 1 polegada por dia e está totalmente desmamado após sete ou oito meses.
Uma baleia azul adulta não tem predadores naturais, mas os filhotes são vulneráveis a baleias assassinas e outros grandes predadores. Para se proteger, os bezerros viajam em grupos de dois a três, embora os adultos viajem em grandes grupos de até 60 baleias. Uma baleia azul pode parecer estar viajando sozinha, mas tem uma voz poderosa que pode viajar centenas de quilômetros através da água e permite que ela fique em contato com o resto de seu grupo.