Ye una de les trés especies de tiburones que salimenten por aciu un mecanismu de filtración de lagua, xuntu col tiburón pelegrín (Cetorhinus maximus) y el tiburón boquiancho (Megachasma pelagios). Aliméntase principalmente de fitoplancton, necton, macro algues, y kril, pero dacuando tamién lo fai de crustáceos, como bárabos de cámbaru, calamares, y bancos de pexes pequeños, como les anchovetes, sardines, caballa, y atún. Los numberosos dientes de que dispón nun xueguen nengún papel determinante na alimentación, ello ye que son damenorgáu tamañu. En llugar de dientes, el tiburón ballena zuca gran cantidá dagua, y al cerrar la boca penerar al traviés de los sos peñes branquiales. Nel pequeñu intervalu de tiempu ente que cierra la boca y abre los sos peñes branquiales, el plancton quédase atrapáu nos dentículos dermales. Esti mecanismu de filtración previen el pasu de too fluyíu ente les branquies, y tou lo que mida más de 2 o 3 milímetros de diámetru queda atrapáu, y darréu encloyáu. Reparóse questos tiburones emiten una especie de tos, que se trata dun mecanismu de llimpieza pa espulsar lacumuladura de partícules dalimentos nes branquies.