Los pandas alcanzan su madurez sexual entre los cinco y los siete años de edad.

La época de reproducción se desarrolla durante la primavera (de mediados marzo a mediados de mayo). Durante esta época de dos a cinco machos pueden competir por una hembra fértil. Cuando un macho se destaca sobre el resto obtiene el derecho a copular con la hembra. El tiempo de cópula es corto y va de los 30 segundos a los 5 minutos, pero el macho puede montar a la hembra varias veces para asegurar el éxito de la fecundación. Suelen ser ruidosas, acompañadas por gemidos y alaridos.

La gestación del embrión (que puede pesar entre 90 y 130 g, lo que representa 1/900 parte del peso de la madre) dura, en promedio, 135 días. Normalmente nacen una o dos crías, si se diera el segundo caso, la madre optará por continuar la crianza de sólo una de ellas (la que note con mayores probabilidades de sobrevivir). La cría rechazada es abandonada y muere. Este comportamiento, observado en varias especies, se da cuando le es imposible a la madre cuidar de varias crías, por lo que elige a la más apta (aún no se conoce cómo realiza la madre esta selección, pero está siendo estudiado por los científicos).

Al nacer la cría es ciega y su piel tiene una coloración rosada (producto de una reacción química entre la piel del recién nacido y la saliva de su madre), un mes después del nacimiento el panda adquirirá su tradicional pigmentación.

La madre amamantará a su cría entre 6 y 14 veces por día por un lapso de 30 minutos cada vez. Solamente por tres o cuatro horas abandonará a su cría para procurarse alimento, durante este tiempo la cría queda indefensa. Aunque la cría de panda sea capaz de ingerir pequeñas cantidades de bambú desde los seis meses el destetese produce al año de vida.

Por otra parte la cría comienza a andar (torpemente) a partir de los 75 días, desde entonces la madre lo estimulará jugando y luchando con ella.

La cría vivirá con su madre (ya que el padre no toma parte de la crianza) hasta los dos años de vida. El intervalo entre una camada de crías y otra puede durar más de dos años.

En cautiverio la cría de pandas se vuelve muy dificultosa: solamente el 10% logra aparearse naturalmente y apenas el 30% de las hembras quedan preñadas. Además el 60% de los pandas cautivos pierde totalmente su deseo sexual. Algunos científicos (sobre todo en China y Tailandia) intentan reducir este problema a partir de vídeos de pandas copulando. Los científicos no creen que aprenden comportamientos copulativos, sino, que los sonidos asociados estimulan a los pandas que los escuchan.

La expectativa de vida de un panda es de unos 12 años. En 2005, Basi, una panda hembra china, cumplió 25 años de edad (que equivalen a 100 años humanos), ese mismo año el panda criado en cautiverio más viejo del mundo, una hembra llamada Meimei, murió a los 36 (equivalentes a 144 años humanos), en el jardín zoológico de la ciudad de Guilin.

Initially, the primary method of breeding giant pandas in captivity was by artificial insemination, as they seemed to lose their interest in mating once they were captured.[70] This led some scientists to try extreme methods, such as showing them videos of giant pandas mating [71]  and giving the malesViagra.[72] Only recently have researchers started having success with captive breeding programs, and they have now determined giant pandas have comparable breeding to some populations of theAmerican black bear, a thriving bear family. The current reproductive rate is considered one young every two years.[12][24] The giant panda produces the smallest baby of any placental mammal.[73]

Giant pandas reach sexual maturity between the ages of four and eight, and may be reproductive until age 20.[74] The mating season is between March and May, when a female goes into estrus, which lasts for two or three days and only occurs once a year.[75] When mating, the female is in a crouching, head-down position as the male mounts her from behind. Copulation time is short, ranging from 30 seconds to five minutes, but the male may mount her repeatedly to ensure successful fertilization. The gestation period ranges from 95 to 160 days.[75]

If twins are born, usually only one survives in the wild. The mother will select the stronger of the cubs, and the weaker will die. The mother is thought to be unable to produce enough milk for two cubs, since she does not store fat.[76] The father has no part in helping raise the cub.

When the cub is first born, it is pink, blind, and toothless,[77] weighing only 90 to 130 grams (3.2 to 4.6 ounces), or about 1/800th of the mother's weight.[45] It nurses from its mother's breast six to 14 times a day for up to 30 minutes at a time. For three to four hours, the mother may leave the den to feed, which leaves the cub defenseless. One to two weeks after birth, the cub's skin turns gray where its hair will eventually become black. A slight pink color may appear on cub's fur, as a result of a chemical reaction between the fur and its mother's saliva. A month after birth, the color pattern of the cub's fur is fully developed. Its fur is very soft and coarsens with age. The cub begins to crawl at 75 to 80 days;[45] mothers play with their cubs by rolling and wrestling with them. The cubs can eat small quantities of bamboo after six months,[78] though mother's milk remains the primary food source for most of the first year. Giant panda cubs weigh 45 kg (100 pounds) at one year, and live with their mothers until they are 18 months to two years old. The interval between births in the wild is generally two years.

In July 2009, Chinese scientists confirmed the birth of the first cub to be successfully conceived through artificial insemination using frozen sperm.[79] The cub was born at 07:41 on 23 July that year in Sichuan as the third cub of You You, an 11-year-old.[79][80][81] The technique for freezing the sperm in liquid nitrogen was first developed in 1980 and the first birth was hailed as a solution to the problem of lessening giant panda semen availability, which had led to inbreeding.[81][82] Panda semen, which can be frozen for decades, could be shared between different zoos to save the species.[79][80] It is expected that zoos in destinations such as San Diego in the United States and Mexico City will now be able to provide their own semen to inseminate more giant pandas.[82]

Attempts have also been made to reproduce giant pandas by interspecific pregnancy by implanting cloned panda embryos into the uterus of an animal of another species. This has resulted in panda fetuses, but no live births.[83]