Le grand dauphin se reproduit par copulation sexuelle. La période de gestation est de 12 mois. Alors que des jumeaux se produisent dans les naissances de dauphins à gros nez, les veaux célibataires sont les plus courants. Un veau reste avec sa mère de 18 mois à 8 ans après sa naissance.
Les femelles donnent naissance à des veaux en eau peu profonde. Le processus d'accouchement est souvent assisté par ce que les biologistes marins appellent un dauphin "sage-femme". Le dauphin qui remplit ce rôle de soutien est dans la majorité des cas une autre femelle, bien que des mâles aient également été documentés en train de remplir cette fonction. Immédiatement après la naissance, le veau est amené à la surface de l'eau pour respirer de l'air frais. Juste après cela, le premier allaitement a lieu. L'allaitement se produit à partir des glandes mammaires de la mère. Les grands dauphins ont deux mamelons qui sont recouverts de fentes protectrices sur son ventre. Le veau doit insérer son museau dans ces fentes pour s'attacher à un mamelon pour l'allaitement. Le sevrage est généralement provoqué par la grossesse de la mère au cours d'une saison de reproduction ultérieure.
L'âge de maturité sexuelle pour les grands dauphins se situe entre 5 et 12 ans pour les femelles. Pour les mâles, il est de 10 à 13 ans. Les dauphins ont plusieurs partenaires sexuels pendant une saison d'accouplement. Les soins et l'élevage des veaux sont effectués exclusivement par la mère.
