Các lỗ đen đôi siêu lớn được cho là hình thành trong quá trình sáp nhập thiên hà. Một số ứng cử viên có khả năng cho lỗ đen đôi là các thiên hà có nhân kép mà vẫn cách xa nhau. Một hạt nhân đôi ví dụ là thiên hà NGC 6240.[10] Các lỗ đen đôi gần hơn thì có khả năng nằm trong các thiên hà có một nhân đơn với các vạch phát xạ kép. Các ví dụ bao gồm SDSS J104807.74 + 005543.5[11] và EGSD2 J142033.66 525917.5.[10] Các thiên hà  có hạt nhân khác cũng có sự phát xạ định kỳ cho thấy là các vật thể lớn quay quanh một lỗ đen trung tâm, ví dụ như trong thiên hà OJ287.[12]

Chuẩn tinh PG 1302-102 dường như có một lỗ đen anh em quay quanh với chu kỳ quỹ đạo là 1900 ngày.[13]

Lỗ đen đôi khối lượng sao đã được chứng minh là tồn tại, bằng sử dụng dữ iệu ở phát hiện đầu tiên về sự kiện sáp nhập lỗ đen GW150914 bởi LIGO.[14]