Sokol stěhovavý jsou masožraví draví ptáci a jejich potrava se skládá převážně ze středně velkých ptáků. Loví různé druhy ptáků, včetně holubů, holubic, kachen, pobřežních ptáků a pěvců. Sokol stěhovavý si občas vezme také drobné savce, jako jsou hlodavci a netopýři, stejně jako hmyz a plazy. Velikost jejich kořisti závisí na velikosti sokola; menší sokoli se mohou živit menšími ptáky a bezobratlými, zatímco větší sokoli jsou schopni ulovit větší ptáky a savce. V některých případech je známo, že sokoli stěhovaví berou jiné dravce, jako jsou menší jestřábi a poštolky. Obvykle loví tak, že letí vysoko na obloze a pak se skloní (potápí se v rychlosti) na svou kořist a udeří ji nohama.
