Les pandas se reproduisent par accouplement selon une procédure similaire à celle des autres mammifères ; la saison des amours a lieu entre mars et mai, lorsque la femelle a une période d'œstrus de deux ou trois jours. À ce moment-là, le mâle monte la femelle panda, s'accouplant pendant une période comprise entre 30 secondes et cinq minutes. La gestation dure alors entre 95 et 160 jours.
Si la mère donne naissance à des jumeaux, un seul survit généralement dans la nature. La mère choisit le petit le plus fort et laisse mourir le plus faible. Parce que les mères ne stockent pas de graisse, elles n'ont pas la capacité de produire suffisamment de lait pour deux petits et le père ne participe pas à l'élevage du petit.
Alors que les pandas sont noirs et blancs à l'âge adulte, les oursons naissent roses, incapables de voir et n'ayant pas de dents. Leur poids moyen à la naissance varie entre 3 et 4 onces. Au cours des deux semaines suivantes, la peau du petit devient grise aux endroits du corps où il pousse une fourrure noire. Les petits pandas géants restent avec leur mère pendant les 18 à 24 premiers mois de leur vie.
Les pandas en captivité ont du mal à terminer le processus d'accouplement, car l'environnement semble supprimer leur désir de s'accoupler. Certains chercheurs ont tenté de donner du Viagra aux mâles et de leur montrer des films d'accouplement de pandas pour augmenter leur motivation.