Сините китове могат да бъдат намерени във всички океани, с изключение на Арктика. Най-често се срещат в Северния Тихи океан и Северния Атлантически океан, но могат да бъдат намерени и в Южния океан, Индийския океан и Южния Тихи океан. Сините китове предпочитат дълбоки, открити води и често се срещат близо до континенталния шелф или в океанските ровове. Известно е също, че мигрират на дълги разстояния, изминавайки до 10 000 мили всяка година.