Les albatros se reproduisent en colonies, généralement sur des îles isolées. Leur densité peut être très importante, 70 nids pour 100 m² chez les espèces du genre Thalassarche , les autres espèces forment des colonies plus lâches. Les albatros se reproduisent généralement sur l'île où ils sont nés, une étude sur l'albatros de Laysan a montré que la distance moyenne entre le lieu d'éclosion d'un oiseau et le lieu choisi pour établir son propre nid n'était que de 22 mètres.
Comme la plupart des oiseaux de mer, les albatros sont une Espèces à stratégie K c’est-à-dire une durée de vie importante, un taux de reproduction faible et beaucoup d'effort déployés pour élever un unique petit. La plupart des espèces d'albatros ont une espérance de vie de 50 ans. Le plus vieil oiseau jamais bagué, un Albatros de Sanford, est âgé de 70 ans aujourd'hui. Les albatros atteignent la maturité sexuelle à 5 ans, mais ne commencent à se reproduire que quelques années plus tard (parfois même à 10 ans). Les jeunes non reproducteurs passent beaucoup de temps à pratiquer les complexes rituels amoureux et notamment les danses. Le répertoire des comportements de parade comprend l'épouillage, les claquements du bec et des cris spécifiques. Quand un jeune oiseau revient à sa colonie, il danse avec de nombreux partenaires mais au fil du temps le nombre de partenaires va diminuer jusqu'à ce qu'un seul soit choisi et le couple formé. Les deux oiseaux vont alors développer leurs propres cris et moyens de reconnaissance qui leur sera unique. La parade amoureuse peut durer un bon quart d'heure, avec une chorégraphie fort complexe. Plus les couples se fréquentent, plus ils harmonisent leurs gestes au fil des années. On pense que les albatros utilisent ces rituels complexes et élaborés pour être sûrs de choisir le bon partenaire et pouvoir le reconnaître puisque la ponte de l'œuf et l'élevage du poussin sont très longs et difficiles. Le "divorce" d'un couple n'intervient qu'en cas d'échecs de reproduction répétés.
Les albatros pondent un seul œuf le plus souvent une fois tous les deux ans. Si l'œuf est détruit ou dévoré par un prédateur, ils n'en pondent pas d'autre. Les espèces de l'hémisphère austral construisent de grands nids d'algues et de boue alors que les espèces du Pacifique nord se contentent d'un nid rudimentaire. Les deux parents couvent l'œuf pour une période allant de 70 à 80 jours (la plus longue période d'incubation chez les oiseaux). Après l'éclosion le poussin est gardé pendant trois semaines jusqu'à ce qu'il soit assez grand pour conserver sa température. Le poussin est nourri à intervalles réguliers par les deux parents de calamars, de poissons mais aussi d'huile produite par les adultes par leur gésier.
Selon les espèces, les jeunes albatros mettent entre 140 et 280 jours avant de pouvoir voler. Comme pour beaucoup d'oiseaux de mer, les jeunes albatros au moment de l'envol pèsent plus lourd que leurs parents. Les jeunes albatros s'envolent sans aide de leurs parents, une fois le nid quitté ils errent en mer pendant plusieurs années.
Par ordre phylogénique :
Les espèces des genres Thalassarche et Phoebastria sont parfois considérés comme appartenant à Diomedea.
D'après la classification de référence (version 2.2, 2009) du Congrès ornithologique international (ordre phylogénique) :