蓝鲸主要以磷虾、小鱼为食，它们还会吃水母、硅藻以及各种浮游生物。蓝鲸的食量非常大，它们一天需消耗2-5吨食物，在捕食时蓝鲸会张大嘴巴，将海水与食物一同吞下，再闭上嘴巴，同时海水会从它的须缝里排出，最后剩下小虾小鱼，即可吞食。
蓝鲸摄食时游速2-6千米/小时，洄游中5-33千米/小时，被追逐时最大20-48千米/小时。一般进行10-20次小潜水后接一次深潜水，浅潜水间隔12-20秒，深潜水可持续10-30分钟。
蓝鲸一次可以吞食磷虾约200万只，每天要吃掉4000-8000千克，如果腹中的食物少于2000千克，就会有饥饿的感觉。磷虾是全世界数量最多的动物，广泛分布于南北极海区，正是由于如此丰富的食物，而且生活在水里没有支持体重的限制，所以蓝鲸才能发育得这样巨大。
蓝鲸虽然生活在大海里，但也同其他哺乳动物一样，用肺进行呼吸，肺的重量达1000多千克，能容纳1000多公升的空气。这样大的肺容量，使它呼吸的次数大大减少，大约每隔10-15分钟才露出水面呼吸一次。它潜水一般不超过100米，但有的个体可潜至500米深，潜水时间可持续10-20分钟，随后是连续8-15次喷气。
