O tom, jak se chobotnice velké rozmnožují, vědí odborníci jen málo, z velké části proto, že chobotnice tráví většinu života v hloubkách nebezpečných pro potápění. Jejich jikry nebyly v přírodě nikdy pozorovány.

Stejně jako většina hlavonožců se i olihně Humboldtovy rozmnožují pouze jednou za život! Protože o tom, jak se D. gigas rozmnožuje, je známo jen málo, objevilo se několik teorií. Jednou z teorií je, že jejich schopnost měnit barvu může být faktorem pro páření, samci se jí mohou zabývat, aby získali pozornost samic. Předpokládá se také, že kladou vajíčka na dno oceánu podobně jako jiné chobotnice, jen v nebezpečné hloubce, takže nemůžeme mít jasný přehled o tom, co se vlastně děje. Stejně jako většina hlavonožců i D.gigas vykazuje semelparové rozmnožování, což znamená, že se rozmnoží jednou za život a krátce poté zemře. Po něco více než 200 dnech dosáhnou samec i samice pohlavní dospělosti a poté jsou schopni se rozmnožovat.

Tření probíhá po celý rok, ale nejdůležitější vrchol tření nastává od října do ledna. Ačkoli mezi pářícími se chobotnicemi Humboldtovými nebyly zaznamenány žádné námluvy, předpokládá se, že vzhledem k jejich vyvinutému mozku, složitým očím a chromatoforovým soustavám je nějaký typ námluvního rituálu velmi pravděpodobný. Při páření dochází k oplodnění uvnitř samice. Obě chobotnice propletou chapadla a samec umístí své spermatofory do bukální (ústní) membrány samice(eol.org). Poté, co se vytvoří velké množství vajíček, které obsahuje až 2 miliony vajíček, samice se již dále neangažuje v rodičovských investicích. Je to hlavně proto, že stejně jako většina ostatních hlavonožců i humboldtové krátce po vykladení vajíček umírají.