De wolf is over het algemeen monogaam: paren blijven meestal bijeen tot een van de twee sterft. Na de dood van een wolf wordt snel een nieuw koppel gevormd. Omdat er meestal meer mannetjes zijn in een groep, zijn ongepaarde vrouwtjes een zeldzaamheid. Als een mannelijke wolf niet in staat is om een territorium te maken of een partner te vinden, zal hij met de dochters van een reeds gevestigd broedpaar van een andere groep paren. Zulke wolven worden casanovawolven genoemd, naar Giacomo Casanova. In tegenstelling tot mannen van gevestigde groepen, vormen ze geen broedpaar met de vrouwtjes waar ze mee paren. Sommige groepen kunnen meerdere vrouwtjes hebben die op deze manier bevrucht zijn, zoals het geval is in Yellowstone National Park.

De leeftijd waarop een wolf voor het eerst gaat paren hangt grotendeels af van de omgevingsfactoren: wanneer voedsel in overvloed is of wanneer de wolvenpopulaties sterk worden beheerd, kunnen wolven op jongere leeftijd welpen grootbrengen om de overvloedige middelen beter te kunnen benutten. Dit wordt ook aangetoond door het feit dat wolven in gevangenschap bereid zijn te paren van zodra ze 9 tot 10 maanden oud zijn, terwijl de jongste geregistreerde paring in het wild bij wolven van twee jaar oud voorkwam. Vrouwtjes kunnen elk jaar welpen krijgen, met gemiddeld een nest per jaar. In tegenstelling tot de coyote bereikt de wolf nooit reproductieve veroudering. De bronsttijd vindt meestal plaats in de late winter. Bij oudere vrouwtjes begint die periode 2-3 weken eerder dan jongere vrouwtjes. Als het vrouwtje bereid is te paren, beweegt ze haar staart naar een kant om zo haar vulva bloot te stellen. Tijdens de paring komt de penis van het mannetje vast te zitten in de vagina, iets dat 5-36 minuten kan duren. Omdat de bronsttijd bij wolven slechts een maand duurt, verlaten mannelijke wolven hun vrouwtjes niet om andere vrouwtjes te bevruchten, wat honden wel doen.

De paartijd van wolven verschilt per gebied. In Scandinavië duurt dit van februari tot april. Het nest van een wolf bevindt zich in een grot of een hol, verscholen onder boomwortels of tussen rotsen. Soms graaft hij zijn eigen hol, of vergroot hij eenvossenhol of dassenburcht. De andere vrouwtjes huilen bij de ingang, het lijkt net of ze haar aanmoedigen. Tijdens de dracht blijven vrouwelijke wolven in de buurt van hun grondgebied, waar de kans op gewelddadige ontmoetingen kleiner is. Oudere vrouwtjes zijn meestal drachtig in het hol van hun vorige nest, terwijl jongere vrouwtjes meestal in de buurt van hun geboorte plaats blijven. De draagtijd duurt 62-75 dagen. De welpen worden meestal geboren in de zomerperiode. Wolven krijgen relatief gezien grote welpen in kleine nesten in vergelijking met andere hondachtigen. De gemiddelde worp bestaat uit 5 of 6 welpen. Waar prooien overvloedig aanwezig zijn, worden meestal grote nesten geworpen. Uitzonderlijk grote nesten van 14-17 welpen komt slechts in 1% van de gevallen voor. De welpen worden meestal geboren in de lente, die samenvalt met een overeenkomstige stijging van de populatie aan prooien. De welpen worden blind en doof geboren en hebben een korte en zachte, grijsbruine vacht. Bij de geboorte wegen ze 300-500 gram. Ze beginnen te zien na 9-12 dagen. De melkhoektanden komen uit na een maand. De welpen verlaten het nest voor het eerst na drie weken. Wanneer ze 1,5 maand oud zijn, zijn ze sterk genoeg om te vluchten voor gevaar. Moederwolven verlaten de eerste weken het hol niet; de vaders halen voedsel voor hen en hun jongen. De welpen beginnen met het eten van vast voedsel op de leeftijd van 3 à 4 weken. De welpen vertonen de snelste groei tijdens de eerste vier maanden: in deze periode vermeerdert het gewicht van de welp ongeveer met factor dertig. In het najaar zijn de welpen groot genoeg om samen met volwassen exemplaren op jacht te gaan op grote prooien

De jongen blijven minstens een jaar bij de roedel. Vaak blijven ze langer bij de roedel, maar soms verlaten één- of tweejarigen de groep, vooral als ze worden gedomineerd door andere roedelleden en ook afhankelijk van het voedselaanbod. In gebieden met grotere prooidieren, zoals eland en edelhert is het voordelig een grote roedel te hebben. Wolven kunnen van vijftien tot twintig jaar oud worden in gevangenschap, maar in het wild is zo'n jaar of tien het maximum.