全球很少有像抹香鲸这样分布广泛的动物，它们占据着从两极附近到赤道的所有水域。雌性与雄性在一年中的大部分时间，在地理位置上都会分开，雌性与幼仔生活在纬度低于40°的温暖水域中，而雄性则会随着其年龄增长以及体型增大，向更高的纬度行进。最大的雄性抹香鲸在靠近北极边缘处以及南极的浮冰区被发现。为了进行交配，雄性抹香鲸必须要迁移到雌性的所在地--热带区域。
基因研究表明，所有的抹香鲸族群都大体类似。线粒体DNA只能通过母体遗传，这表示在小于一个大洋海盆的范围内，不存在地理结构差异。有一半的核DNA是通过分布广泛的雄性遗传的，而核DNA更具有地理同一性，这说明在海洋中的抹香鲸族群之间，不存在明显的区别，而且无论存在什么区别都是海洋族群之间的区别。它们生活在深水中，深度通常超过1000米，并且远离陆地，大陆架边缘看起来很适合它们。
小抹香鲸也分布于世界各地，在温带、亚热带、热带海域的深水中都可以发现小抹香鲸的踪迹。而侏儒抹香鲸则出现在较为温暖的水域。这两类小抹香鲸种类会花费大量的时间静静地躺在水面处，露出其头部背面，而尾部则随意地悬垂。小抹香鲸胆小，且游动速度缓慢，它们自己绝不会游向船只，但是当其静静地躺在水面时，却很容易靠近船只。它们以缓慢的、优雅的姿态浮上水面呼吸，并不引人注目。当小抹香鲸科种类受到惊吓或遇到危险时，它们会释放出一种红棕色的肠液，以帮助它们逃离掠食者（诸如大型鲨鱼和虎鲸），这种肠液类似于章鱼释放墨汁。小抹香鲸科种类的眼睛，在光线微弱的深海中也能发挥一定的功能。
这两类小抹香鲸种类会花费大量的时间静静地躺在水面处，露出其头部背面，而尾部则随意地悬垂。小抹香鲸胆小，且游动速度缓慢，它们自己绝不会游向船只，但是当其静静地躺在水面时，却很容易靠近船只。它们以缓慢的、优雅的姿态浮上水面呼吸，并不引人注目。当小抹香鲸科种类受到惊吓或遇到危险时，它们会释放出一种红棕色的肠液，以帮助它们逃离掠食者（诸如大型鲨鱼和虎鲸），这种肠液类似于章鱼释放墨汁。小抹香鲸科种类的眼睛，在光线微弱的深海中也能发挥一定的功能。
对于小抹香鲸和侏儒抹香鲸的繁殖策略，我们知之甚少。这2个种群都没有显现出性二态，这一点与性二态明显的抹香鲸截然相反。成年雄性小抹香鲸的体型看起来有其生殖优势，因此，小抹香鲸科种类可能拥有与抹香鲸迥异的交配体系。
成熟的大型雄性抹香鲸（年龄近20岁或更大时）会从极地迁移至赤道，在那里，它们徘徊于组群之间，寻找适合的雌性与其进行交配。至于雄性的往返是1年一次还是两年一次，目前还不清楚。雄性与每个组群共度的时间有所不同，数分钟至数小时不等。处于生殖期的雄性就像发情期的公象，处于"狂暴"状态，它们通常会彼此回避，但偶尔也会发生争斗，某些成年雄性头部深深的伤痕可以证明。从这些伤痕的间距来看，毫无疑问，是由其他雄性的牙齿造成的。
小抹香鲸会连续两年孕育幼仔，它们的怀孕与哺育可能会同时进行。相反，抹香鲸则每隔5年左右才会生产一次，虽然其妊娠期还不能确定，但估计是在14～15个月。雌性的繁殖率会随着其年龄的增长而下降。
