Les grands ducs d'Amérique se nourrissent principalement de mammifères, d'oiseaux, de reptiles et d'amphibiens de petite à moyenne taille. Les lapins et les lièvres sont statistiquement les proies les plus fréquentes du grand-duc d'Amérique. Rongeurs, rats, écureuils, souris, lemmings et campagnols sont également régulièrement dévorés.
Des études ont montré que les créatures nocturnes sont préférées par les grands ducs d'Amérique, car les oiseaux sont également principalement nocturnes. Le grand-duc d'Amérique est capable de s'attaquer à des créatures deux à trois fois plus lourdes que lui. Selon About.com, ils sont le seul animal qui se nourrit régulièrement de mouffettes, mais pas exclusivement.
Les grands ducs d'Amérique se nourrissent souvent de corbeaux d'Amérique adultes et nicheurs. Pour cette raison, ils sont souvent attaqués par les corbeaux à titre préventif. Les oisillons de faucon pèlerin et de balbuzard pêcheur sont également mangés par les grands ducs d'Amérique. Il est courant que le grand-duc d'Amérique cueille les oiseaux avant de les manger, ce qui implique d'arracher et de jeter des parties de leurs ailes et de leurs pattes.
Le grand duc d'Amérique complète son alimentation avec des poissons, des crustacés, des insectes, des mille-pattes, des vers de terre et des scorpions. Les animaux domestiques, tels que les petits chiens et les chats, sont également ciblés par les grands ducs d'Amérique. Parce que le grand-duc d'Amérique est un prédateur naturel pour tant de créatures, il est courant d'en voir des répliques en plastique dans des zones où il y a une faune gênante.
