Mivel a megalodonok kipusztultak, nincs közvetlen megfigyelés vagy fosszilis bizonyíték a párosodási viselkedésükről. A tudósok a modern cápák tanulmányozásával következtetnek a szaporodásukra. A megalodonok óriások voltak, valószínűleg nagy méretben érették el a szexuális érettságot. Rendszeres úszási minták vagy mutatványok formájában is elvégezhették a párkeresési viselkedést.
A modern cápákhoz hasonlóan valószínűleg belső termékenyítéssel szaporodtak, ahol a himek a klászperekkel (paráztató szervek) juttatták a spermát a nőstényekhez. A termékenyítés után a nőstények belsőleg hordozták az embriókat, és élősülést végeztek. A dobozméret és a terhességi idő ismeretlen, és nincs bizonyíték az intenzív szülői gondoskodásra; a kicsik születéskor függetlenek voltak.