Le régime alimentaire du requin-baleine, en dépit de sa grande taille, n’est composé que de petites proies dont la taille est inférieure à 10 cm : plancton, krill, algues, crustacés, mollusques, petits calmars, sardines, anchois, thons, maquereaux.
Pour subvenir à son besoin alimentaire, il doit avaler près d’1 tonne de plancton par jour.
A l’instar du requin pélerin, il filtre ses aliments en ouvrant sa gueule immense, absorbant la nourriture et en relâchant l’eau par ses branchies qui jouent le rôle de filtre. Pour cela, il se met en position verticale, la gueule orientée vers la surface.