A nagyfejű cápák különböző tengeri állatokat esznek, beleértve a csontos halakat (tonhal, kardhal, makréla), upszinú halakat (kisebb cápák, vöröshalak), tengeri emlősöket (fókák, tengeri oroszlánok, delfinek) és tengeri madarakat (kavikák, albatroszok). A kaszálhullámok és delfinhullámok is lehetnek zsákmányuk. A zsákmány változik a helyzettől és a rendelkezésre állástól függően.