Spermhval finnes i alle verdenshav og forekommer i størst tetthet i dype havområder med høy produksjon. Hunnene holder seg generelt mellom ekvator og 40. breddegrad, mens hannene drar lengre mot polene og finnes helt opp til iskanten. Det er en sesongmessig tendens til at de drar mot polene om sommeren og tilbake til lavere breddegrader om vinteren. Hunnene synes å ha bestemte hjemmeområder, mens hannene har et mer uregelmessig vandringsmønster hvor noen oppholder seg nær kysten i årevis og andre sprer seg over større områder.

Det finnes ikke noe bestandsestimat for spermhval i det nordlige Atlanterhavet. Hunnene er svært sosiale og lever sammen med andre hunner og kalver i grupper på rundt et dusin dyr. I grupper med små kalver er det alltid noen større dyr igjen på overflaten som passer kalvene når de andre voksne dykker. Flere grupper kan påtreffes samlet i kortere perioder, og man vet at hunner kan skifte gruppe. Samholdet innad i gruppene er sterkt, og hvis de blir angrepet kan de danne en tett sirkel med kalvene innerst. Spermhvalene kan av og til gjøre akrobatiske øvelser i overflaten, mens de andre ganger bare ligger rolig og hviler seg. Unge hanner forlater gruppen til mora og danner ungkarsgrupper med andre hanner på samme alder. Ettersom disse blir eldre blir gruppene mindre og mindre og til slutt har vi de store voksne hannene som stort sett opptrer som enslige individer. Spermhvalene er ekstremt gode dykkere og finner det meste av maten nær bunnen. Rutinemessige dykk går ned til 400 m og varer i en halv time, men de kan dykke i hvert fall ned til 3000 m og være under i over en time. De spiser hovedsakelig blekkspruter, med innslag av ulike arter dypvannsfisk. Spekkhoggere er deres hovedpredator, men det er også registrert at større haiarter kan ta kalver i mer tropiske farvann.

Svangerskapsperioden til spermhval er på 14–16 måneder. Ungene dies i flere år, selv om de begynner å ta til seg annen næring enn melk før de er ett år gamle. Tidspunktet for fødsel og paring er ikke kjent. Store, voksne hanner vandrer sørover for å pare seg og observeres av og til sammen med hunn og kalveflokker. Hunnene er kjønnsmodne ved niårsalderen. De får unger omtrent hvert femte år etter dette. Hannene er kjønnsmodne når de er rundt 10 år gamle, men de kan neppe konkurrere om hunnene før de er rundt 20. Man antar at spermhvalene blir over 70 år gamle.

Fangsting på spermhval startet tidlig på 1800-tallet, og i midten av århundret ble det tatt tusenvis av hval årlig. Det var særlig oljen i spermasettorganet i hodet som var ettertraktet. Man antar at spesielt den fangsten som foregikk etter andre verdenskrig reduserte bestandene kraftig, og dette gikk særlig utover de store hannene. I dag er det ingen fangsting på spermhval i det nordlige Atlanterhavet, og de er også fredet på Svalbard.