Les faucons pèlerins sont des oiseaux de proie carnivores et leur régime alimentaire se compose principalement d'oiseaux de taille moyenne. Ils chassent une variété d'oiseaux, notamment des pigeons, des tourterelles, des canards, des oiseaux de rivage et des oiseaux chanteurs. Les faucons pèlerins capturent également occasionnellement de petits mammifères, tels que des rongeurs et des chauves-souris, ainsi que des insectes et des reptiles. La taille de leurs proies dépend de la taille du faucon; les petits faucons peuvent se nourrir d'oiseaux et d'invertébrés plus petits, tandis que les plus grands faucons sont capables de capturer des oiseaux et des mammifères plus gros. Dans certains cas, on sait que les faucons pèlerins capturent d’autres rapaces, tels que des faucons plus petits et des crécerelles. Ils chassent généralement en volant haut dans le ciel, puis en se baissant (en plongeant à grande vitesse) sur leurs proies, en les frappant avec leurs pieds.