อาศัยอยู่ในมหาสมุทรแปซิฟิกตอนใต้, แอตแลนติกและมหาสมุทรอินเดีย รวมถึงในมหาสมุทรแอนตาร์กติกด้วย และแม้จะมีขนาดร่างกายใหญ่โต แต่วาฬสีน้ำเงินก็มีรูปร่างเพรียวยาวเหมาะแก่การว่ายน้ำ จึงสามารถว่ายน้ำได้เร็วถึง 20 นอตต่อชั่วโมง
ลูกวาฬจะกินเฉพาะนมแม่ที่มีไขมันสูงถึงร้อยละ 40 มีน้ำหนักตัวเพิ่มขึ้นชั่วโมงละ 4 กิโลกรัม
กินเคยและแพลงก์ตอนเป็นอาหาร แต่ก็อาจจะกินสัตว์น้ำขนาดเล็กเช่น ปลาขนาดเล็กเข้าไปด้วย สามารถดำน้ำลงไปหาอาหารได้ลึกถึง 150 เมตร และปกติจะดำน้ำนาน 30 กว่านาที แต่มีบันทึกสูงสุดว่าดำได้นานถึง 50 นาที และพ่นน้ำได้สูงถึง 10 เมตร ทั้งนี้ วาฬสีน้ำเงินที่โตเต็มวัยเคยกินวันหนึ่งได้มากถึง 4 ตัน
วาฬสีน้ำเงินถูกล่าอย่างหนักเพื่อต้องการไขมันและน้ำมัน โดยเฉพาะในช่วง 70 ปีแรกของศตวรรษที่ 20 คาดว่ามีวาฬสีน้ำเงินราวเกิน 500,000 ตัวถูกฆ่าตาย ประชากรวาฬรอบเกาะเซาท์จอร์เจียในมหาสมุทรแอตแลนติกตอนใต้ถูกฆ่าแบบล้างบาง รวมทั้งพวกที่เคยหากินอยู่นอกชายฝั่งญี่ปุ่นด้วย ประชากรวาฬสีน้ำเงินบางกลุ่มลดจำนวนลงถึงร้อยละ 98 จนเข้าสู่สภาพของการเป็นสิ่งมีชีวิตใกล้สูญพันธุ์ กระทั่งถึงช่วงกลางทศวรรษ 1950 จึงได้มีการอนุรักษ์ขึ้นมาอย่างจริงจัง
นอกจากนี้แล้ว วาฬสีน้ำเงินยังเป็นสัตว์ที่ส่งเสียงร้องได้กว้างไกลที่สุดในโลกอีกด้วย โดยสามารถส่งได้ได้ดังถึง 1,500 กิโลเมตร ในลักษณะของคลื่นเสียงที่มีความหลากหลาย ซึ่งเชื่อกันว่าไม่ได้เป็นไปในการสื่อสารเพียงอย่างเดียว หากแต่ยังใช้การนำทางอีกด้วย