לווייתנים כחולים היו נפוצים עד תחילת המאה ה-20 במרבית האוקיינוסים בכדור הארץ. ב-40 השנים הראשונות של אותה מאה נפגעה האוכלוסייה אנושות כתוצאה מציד לווייתנים וכמעט הגיעה לכדי הכחדה סופית. סכנת ההכחדה פחתה, אך לא נעלמה, עם הוצאת ציד הלווייתנים הכחולים מחוץ לחוק על ידי הקהילה הבינלאומית בשנת 1966. דוח משנת 2002 מעריך את גודל האוכלוסייה העולמית ב-12,000 עד 15,000 פרטים המחולקים לחמש אוכלוסיות עיקריות החיות באזורים שונים. כיום מסווג הלווייתן הכחול כמין בסכנת הכחדה מתמדת.

לפני הציד המסיבי, אוכלוסיית הלווייתנים הכחולים העיקרית הייתה מקובצת באזור אנטארקטיקה וסביבתה (בין 202,000 ל-311,000 פרטים), אך כיום האוכלוסייה באזור זה עומדת על כ-2,000 פרטים בלבד. מלבד אוכלוסייה זו באנטארקטיקה קיימות לפחות עוד שתי אוכלוסיות בצפון האוקיינוס האטלנטי ולפחות שתיים נוספות בחצי הכדור הדרומי.