Orły białogłowe to ptaki mięsożerne, które głównie żywią się rybami. Dzięki ostremu wzrokowi dostrzegają ofiarę z wielkiej wysokości i łapią ryby, nurkując i używając ostrych pazurów. Typowe ofiary to: łosoś, pstrąg, okonie i karpie.
Oprócz ryb orły białogłowe jedzą ptaki wodne, małe ssaki i padliny. Inne znane ofiary: króliki, wiewiórki, szopy, ptaki morskie, a nawet sarny. Są oportunistycznymi drapieżnikami i biorą to, co dostępne, czasem pokonując duże dystanse na wędrówki łososia.
Dieta zmienia się z lokalizacją i pórą roku. Zimą, gdy ryb jest mniej, orły częściej sięgają po padliny i drobne ssaki.