Размножаются ястребы-тетеревятники один раз в год, в период между началом апреля и серединой июня, причём пик активности приходится на конец апреля - май. Пара начинает строить гнездо ещё за два месяца до откладки яиц. Обычно, гнездо устраивается в перестойном лесе, на ветке возле ствола, недалеко от открытых пространств — дорог, болот, лугов и т. п. Гнездо имеет около метра в диаметре, располагается на высоте 0,5—1 м над землёй и строится из сухих веточек, обвитых зелёными побегами или пучками хвои и кусочками коры.
Обычно самка откладывает 2—4 яйца с интервалом в 2—3 дня каждое. Яйца размером 59 * 45 мм, шершавые на ощупь, голубовато-белые. Птенцы начинают появляться на свет через 28—38 дней. Насиживает в основном самка, но самец заменяет её во время охоты. После появления потомства самка продолжает оставаться в гнезде в течение ещё 25 дней, в этот период все заботы о добыче для самки и потомства ложатся на самца. Вылупившиеся птенцы остаются в гнезде 34—35 дней, после которых начинают перебираться на соседние ветки того же дерева. Полное покидание родителей часто происходит внезапно, и 95 % всех молодых ястребов становятся полностью независимыми уже на 95 день своего рождения. Ястребы-тетеревятники являются самым крупным видом рода ястребов. Самцы обычно весят 630—1100 г, их длина составляет в среднем 55 см, размах крыльев варьирует в пределах 98—104 см. Самки немного крупнее, весят 860—1600 г, в длину около 61 см, размах крыльев 105—115 см.