Blåhvalen finnes i alle verdenshav. Den er relativt sjelden i det nordlige Atlanterhavet bortsett fra ved Azorene og Island. Den påtreffes så langt nord som Baffinbukta i det vestre Atlanterhavet og Spitsbergen i det østre. Man vet ikke mye om vandringsmønsteret til disse hvalene. De vandrer nordover om sommeren og sørover til mer tempererte områder om vinteren. Disse vandringene foregår antakelig langt til havs siden dyrene sjelden observeres langs kysten.

Man har ikke gode bestandsoverslag for denne arten, men regner med at det finnes rundt 6000 dyr totalt og at det er mellom 600 og 1500 i det nordlige Atlanterhavet. Blåhvalene sees oftest alene, av og til i par, og i enkelte områder med mye mat kan man finne enda flere samlet. Hvalene kommuniserer ved hjelp av en rekke lavfrekvente infrasoniske (ikke hørbare for mennesker) lyder. Det er derfor mulig vi undervurderer hvor sosialt anlagte de er, da disse lydene kan oppfanges på hundrevis av kilometers hold. Blåhval svømmer vanligvis med en fart på 3–6 km i timen når de spiser, men kan over korte strekk komme opp i 30 km i timen. Krill er hovedbyttedyret til blåhvalene, og utbredelsen til krillen bestemmer i stor grad utbredelsen av denne hvalarten. På dagtid dykker de gjerne ned til rundt 100 m og tar til seg av store ansamlinger med byttedyr. Dykkene varer gjerne mellom 8 og 15 minutter. Om kvelden vandrer krillen til overflata, og da kan man se blåhvaler svømme i overflaten med åpen munn og skuffe innpå med mat. For blåhval er spekkhoggere den eneste kjente predatoren.

Blåhvalene føder i vintermånedene etter en 10–12 måneders lang svangerskapsperiode. Paringen foregår om høsten. Kalvene er 6–7 meter lange ved fødselen og dier mora i sju måneder. Man vet lite om reproduksjonen til denne hvalarten. Hunnene blir kjønnsmodne ved 8–10 årsalderen, og hannene når de er to til tre år eldre enn dette. Man antar at dyrene kan bli i hvert fall 80–90 år gamle.

Blåhvalene ble nesten utryddet som følge av kommersiell hvalfangst, og de er fortsatt betraktet som en truet dyreart. Over 10 000 dyr ble tatt bare i det nordlige Atlanterhavet, og hundretusener av individer ble fanget i Sørishavet. Blåhvalen ble fredet over hele verden i 1966, men den betraktes fortsatt som en truet art. Den sees sjeldent i svalbardområdet.