该物种是典型的种间巢寄生鸟类，无固定配偶，也不自己营巢和孵卵，而是通常将卵寄生在雀形目鸟类巢中，由寄主父母对幼鸟进行照顾。 
产卵时，大杜鹃雌鸟从附近高处滑翔而下，接近寄生目标的巢，通常不顾宿主是否在巢中。确认宿主巢后，它会站在巢缘上准备产卵。雌鸟用喙叼起巢中的卵，弓着身子，将尾部无限接近巢底，全程保持睁眼状态。在抬头的瞬间即完成产卵。有时，雌鸟还会叼走一枚宿主的卵，然后迅速飞走。卵的颜色会根据宿主卵的颜色而变化，雌鸟每隔一天产卵一次。 
雌雄个体在繁殖过程中都不参与亲代照顾，将卵产在宿主巢中后各自去寻找新的配偶并发生交配行为，然后寻找下一个繁殖巢进行寄生。 
卵的孵化期为11~13天。孵化后，幼鸟会将宿主鸟类的卵和雏鸟推出巢外。幼鸟得到宿主父母的全部照料和食物，体型会长得比宿主父母大得多。幼鸟在17~21天后离巢，随后在宿主父母身边停留6~8周。大杜鹃在两岁时达到性成熟。