Размеры осьминогов варьируют от 50 мм между концами противоположных рук, как у Octopus arborescens, до 9,8 м у O. hongkongensis. Встречаются осьминоги в водах тропического и умеренного поясов по всему миру. Большинство из них – донные (бентосные) животные, обитающие в относительно мелких местах, но известны и активно плавающие (пелагические) формы – как у поверхности моря, так и на глубине до 4500 м.

Питаются осьминоги крабами, улитками, рыбой и другими животными, в свою очередь, становясь добычей рыб, морских птиц и млекопитающих. Некоторые виды добываются человеком и используются в пищу.

Осьминоги раздельнополы. Сперма самцов собрана в пакеты – сперматофоры. Одной из рук, которая к моменту спаривания видоизменяется на конце, превращаясь в т.н. гектокотиль, самец переносит сперматофоры в половые пути самки. У некоторых форм, в частности аргонавтов (Argonauta), заполненный спермой гектокотиль отрывается от тела и самостоятельно заползает в партнершу. Оплодотворенные яйца охраняются и чистятся самкой до вылупления личинок, которое происходит иногда через несколько месяцев. Многие мелкие осьминоги умирают вскоре после размножения, происходящего у разных видов в возрасте от 5 мес до 3 лет. Продолжительность жизни крупных форм осьминогов неизвестна.

Хотя осьминоги вооружены острым клювом и ядовитыми железами (обычно неопасными для человека), при появлении хищника они скрываются в своих норах. Основное средство защиты – выпускаемое из анального отверстия «чернильное» облако, которое не только служит «дымовой завесой», но и снижает остроту обоняния нападающего. Черный пигмент меланин вырабатывается специально для этого особой чернильной железой.