Las ballenas asesinas, como todos los otros mamíferos, se reproducen a través de la reproducción sexual, que requiere la unión del esperma de una ballena asesina masculina con un óvulo de ballena asesina. Una vez que se produce la concepción, el óvulo fertilizado se convierte en un mamífero joven que permanece en el útero de su madre durante aproximadamente 17 meses antes de nacer.
Después de alcanzar la madurez sexual, las orcas hembras normalmente dan a luz a un solo ternero una vez cada tres a cinco años, lo que se debe en parte a que las orcas tienen un período de gestación tan largo. Además, la descendencia de las ballenas asesinas depende de la leche de su madre durante aproximadamente dos años después del nacimiento.
A pesar del gran cuidado prestado por sus madres, solo la mitad de las crías de ballenas asesinas viven más allá del primer año de vida. Las ballenas asesinas tardan aproximadamente 15 años desde el nacimiento hasta alcanzar la madurez sexual, y las ballenas asesinas generalmente dejan de reproducirse cuando tienen aproximadamente 40 años, aunque pueden vivir hasta 80 años. Las hembras más viejas que ya no pueden reproducirse ayudan a proteger a los terneros de las hembras más jóvenes y también a socializar a las jóvenes ballenas asesinas.
Las orcas a menudo dejan de reproducirse cuando sus condiciones de vida no son favorables. La falta de alimentos, la contaminación y la exposición a sonidos fuertes que limitan su capacidad de comunicación son todas las condiciones que pueden evitar que las orcas se apareen o se den a luz. Las orcas no se reproducirán si no hay compañeros adecuados disponibles fuera de sus propios grupos sociales o grupos.