Les rorquals bleus peuvent être trouvés dans tous les océans, à l'exception de l'Arctique. On les trouve le plus souvent dans les océans Pacifique Nord et Atlantique Nord, mais on peut également les trouver dans l'océan Austral, l'océan Indien et l'océan Pacifique Sud. Les rorquals bleus préfèrent les eaux profondes et ouvertes et se trouvent souvent près du plateau continental ou dans les tranchées océaniques. Ils sont également connus pour migrer sur de longues distances, parcourant jusqu'à 10 000 milles chaque année.