Az Antarktiszon költenek, akkor, amikor javában tombol a tél. Ez −40 °C-os hideget jelent, és 130 km/h-s viharokat. A többi pingvinfaj a tél elől ilyenkor északabbra húzódik. Az Antarktiszt óriási kiterjedésű jég veszi körül, mivel befagy az óceán.
A legnagyobb ma élő pingvinfaj, kifejlett példánya 90–110 centiméteres. Testtömege 20–40 kilogramm.
Hallal, krillel, planktonokkal, tintahallal táplálkoznak, élelmüket a tengerből szerzik.
Tócsákból, tavakból isznak, vagy egyszerűen megeszik a havat. Ám ez legtöbbször nem fedezi vízszükségletüket, így a tengervizet kell meginniuk. Azonban a pingvinek veséje az emberéhez hasonlóan nem képes arra, hogy megfelelő mennyiségű sót válasszon ki, ezért náluk is kifejlődtek azok a sómirigyek, amelyek sok más tengeri madárnál is megtalálhatók. A sómirigyek a csőrükben, a szemük felett találhatóak, melyekkel kiszűrik a tengervíz sómennyiségének nagy részét. A só később a csőrükben elhelyezkedő orrnyílásokon kiürül. A pingvinek sómirigyei kifejezetten hatékonyak, mert 1 l tengervízből 3 dl édesvizet nyernek.
A pingvinek emiatt takarékoskodnak a vízzel, ami abból látható, hogy húgysavat ürítenek, ami anyagcseréjük pépes, kevés vizű, fehér, koncentrált végterméke, valamint nem izzadnak. Amikor melegük van (például a galápagosi pingvinnek), tátott csőrrel párologtatnak, ilyenkor vesztenek jelentősebb vízmennyiséget.
Akár 20 évig is élhetnek. Természetes ellenségeik a leopárdfókák, és elefántfókák, valamint a kardszárnyú delfin. Az emberek már évtizedek óta vadásszák őket zsírjukért, és mivel elrepülni nem tudnak előlük, könnyű prédák lehetnek.
Az ivarérettséget 3–6 éves korban éri el. A tojó az udvarlást követően egy szem tojást rak – ezen a hím kotlik, mert a tojók a vízhez indulnak táplálékért át a jégmezőkön, olyan helyre, ahol nincs befagyva az óceán. Az ott maradt hímek a kb. félkilós tojást a lábukon egyensúlyozzák az ott található bőrredőbe burkolva, ami védi a tojást a jeges hideg ellen. A hímek két hónapig – május és június ideje alatt (ez az Antarktiszon a tél ideje) – nem vesznek magukhoz táplálékot, esetleg néha egy kis havat csipegetnek fel. A vastag zsírrétegnek kettős szerepe van: a melegítés, és a táplálék tartalékolása.
Ha nagy hóvihar tombol, a pingvinek szoros csoportba tömörülnek. Fekete hátukat a nap felé fordítják (már ha van nap), az jobban felveszi a meleget. A csoportban sokszor több ezer hím összebújva védekezik a hideg ellen. A pingvinek mozgásban vannak, cserélgetik a szélen állókat, így mindig más kerül a hideghez legközelebb, a kör szélére, és más a melegbe, a széltől, hidegtől védett közepébe. Ott a meleg a 26–35 °C-ot is elérheti.
Két hónap alatt a hímek testsúlya a felére csökken. A jelentős lesoványodást csak akkor venni észre, amikor a tojó visszatér: látszik, mennyivel „karcsúbb” a hím. A visszatérő tojó átveszi a tojást, amelyből nemsokára kikel a fióka. Amikor átveszik a tojásokat, mindkét félnek ügyesnek kell lennie: ha a tojás túl sokat kint marad a szabad levegőn, hamar lehűl, a héja megreped, és a benne lévő fióka elpusztul. A hímek a tojás átadása után elindulnak a vízhez, hogy táplálkozzanak, de a leromlott állapota miatt nem mindegyik ér oda. Ekkorra a jégmező megolvad. Ez után közösen etetik és vigyáznak a fiókákra – nyolc hétig. A szülők hangja alapján találják meg a kis pingvint, ugyanis azok szorosan összebújnak, ha a szülők távol vannak. A fiókák közben lassanként levedlik pihetollukat, és a kifejlett példányokra jellemző vízlepergető tollazat jelenik meg rajtuk. A fiókáknak ekkor már nem kell sokat vándorolniuk a jégmezőn a tengerig.
Az antarktiszi császárpingvinek hosszú és veszélyes vándorlását a költőhely és a tenger közt dolgozza fel Luc Jacquet 2005-ben bemutatott Oscar-díjas dokumentumfilmje, a Pingvinek vándorlása. Hasonló környezetben játszódik, de a könnyed szórakoztatásra helyezi a hangsúlyt a Táncoló talpak, amely egy 2006-os, szintén Oscar-díjas számítógépanimációs film.
