Cá mập trắng lớn thường sinh sống ở ven biển và ngoài khơi, nơi có nhiệt độ nước vào khoảng 12 và 24 °C (54 và 75 °F), nhưng tập trung chủ yếu ở ven biển Hoa Kỳ (Đông Bắc Đại Tây Dương và California), Cộng hòa Nam Phi, Nhật Bản, Châu Đại Dương, Chile, và Địa Trung Hải (bao gồm cả biển Marmara và Bosporus.[16] Một trong những quần thể tập trung đông đúc nhất là ở đảo Dyer, thuộc thị trấn Gansbaai, Nam Phi, nơi có biệt danh là “Hành lang cá mập” hay “thủ đô của cá mập trắng”[17]. Gần như tất cả những nghiên cứu về cá mập trắng được tiến hành ở đây.

Cá mập trắng lớn là cá tầng nước mặt, được quan sát hầu như chủ yếu ở nơi có nhiều thức ăn, như hải cẩu lông (Arctocephalus ssp.), sư tử biển, cá voi nhỏ, các loài cá mập, và cá xương. Ở vùng biển mở, nó được ghi nhận tại độ sâu 1.200 m (3.900 ft).[18] Phát hiện này làm thay đổi quan điểm rằng cá mập trắng lớn là loài sống ven bờ.[18]

Theo một nghiên cứu gần đây, cá mập trắng lớn California đã di cư đến một khu vực giữa bán đảo Baja California và Hawaii được gọi là White Shark Café để dành ít nhất 100 ngày trước khi di chuyển trở lại Baja. Trên hành trình, chúng bơi chậm và lặn xuống khoảng 900 m (3.000 ft). Sau khi chúng đến, chúng thay đổi hành vi và lặn ngắn khoảng 300 m (980 ft) trong tối đa mười phút. Một con cá mập trắng khác được đánh dấu từ bờ biển Nam Phi bơi đến bờ biển phía nam của Úc và trở lại trong năm. Một nghiên cứu tương tự theo dõi một con cá mập trắng lớn khác từ Nam Phi bơi đến bờ biển phía tây bắc của Úc và ngược lại, một hành trình 20.000 km (12.000 mi; 11.000 nmi) trong dưới chín tháng. Những quan sát này phản bác lại các giả thuyết truyền thống rằng cá mập trắng là những kẻ săn mồi lãnh thổ ven biển, và mở ra khả năng tương tác giữa các quần thể cá mập trước đây được cho là đã rời rạc. Lý do cho việc di cư của họ và những gì họ làm tại điểm đến của họ vẫn chưa được biết. Khả năng bao gồm tìm kiếm thức ăn hoặc giao phối theo mùa.

Một nghiên cứu năm 2018 chỉ ra rằng cá mập trắng thích tụ tập sâu trong các xoáy nước ở Bắc Đại Tây Dương. Những con cá mập được nghiên cứu có khuynh hướng ưa thích các xoáy nước ấm áp, dành ra những giờ ban ngày ở độ sâu 450 mét và đến bề mặt vào ban đêm.