虎鲸的生境为极地和温带海域为主，广泛分布于全世界的海域日本北海、冰岛，对于水温、深度等因素似乎没有明显的限制。通常更喜欢20-60米的深度，也可以沿着海岸线探访浅水区或潜入300米寻找食物。它们在高纬度地区有相当高的栖息密度，特别是在猎物充足的海域。

虎鲸的移动情形普遍与追踪猎物或增加捕食率有关，时间通常在鱼类产卵季与海豹的生产期。到了夏天，大西洋中大多数的虎鲸都栖息于浮冰边缘或有浮冰的水道，以须鲸、企鹅、海豚、海豹等为食。它们会迁徙至何处、会移动多远，仍未有定论。

部分虎鲸会终年停留于南极海域，而在北极的虎鲸则很少接近浮冰。