Анадромный вид. Не образует скоплений на шельфе. Миграции небольшими стайками или по одиночке, во время нерестового хода и на местах зимовок образует небольшие скопления. Ранее на зимовках у Гельголанда на глубине 6,5—8 м был очень распространён. Преобладает яровая форма, но есть и озимая. Озимые осетры заходят в реки с конца лета и зимуют в пресной воде. Молодь атлантического осетра живёт в реках от 2 до 6 лет, при достижении длины тела свыше 60 см рыбы уходят в море[4].
Нерест протекает при температуре воды 7,7—22,0 °С (обычно 8—18 °С). В южных реках нерест в мае—июне, на севере — до июля. Ранее атлантические осетры совершали нерестовые миграции в большинстве крупных рек Европы, иногда поднимаясь на многие сотни километров: в Немане до Друскининкая, в Одере до Вроцлава, в Эльбе с Хамелем до Потсдама, в Рейне до Базеля, в По до Турина. В реках с короткой равнинной частью осетры нерестились в их нижних течениях: в Риони от Самтредиа до Ваши, в бассейне Жиронды до Ажена по Гаронне и до Бержерака по Дордони. Самки мечут от 200 тыс. до 5,7 млн. икринок на глубине от 2 до 8 м на каменисто-галечном субстрате при скорости течения около 1 м/с[4].
Икра приклеивается субстрату. Диаметр неоплодотворенных икринок 2—3 мм, в одном грамме икры содержится более 100 икринок. Продолжительность эмбрионального развития составляет от 3—4 дней при температуре 20—22 °С, до 12 суток при 8—12 °С. Масса личинок после выклева в среднем 10 мг, а длина 8—11 мм. В возрасте 10—14 дней после рассасывания желтка личинки достигают длины 16—18 мм и начинают активно питаться[4].
Атлантические осетры достигают длины 6 м, масса до 1000 кг. В возрасте 2 лет длина составляет 28—35 см, в 4 года — 61—79 см, в 8 лет — 94—108 см, в 12 лет — 129—147 см. В Чёрном море (Риони) осётр растёт быстрее, чем в Бискайском заливе (Жиронда), но немного медленнее осетров из Адриатического и Тирренского море. В Чёрном море атлантические осетры живут до 18 лет, а максимальная зарегистрированная масса — 47 кг. Самцы достигают половой зрелости в возрасте 7—9 лет, самки — в 8—14 лет[4].
В реке личинки питаются в основном ветвистоусые, хирономиды и личинками других насекомых, а также малощетинковые черви. В низовьях рек основу рациона подросшей молоди составляют мизидами и гаммаридами. Взрослые рыбы поедают мелкую рыбу (песчанку, анчоуса) и донных беспозвоночных — червей, ракообразных, реже моллюсков[4].
В Европе атлантические осетры совершают нерестовые миграции в весенне-летнее время. В реки Балтийского побережья они входят в мае—июне; в Эльбу, Везер и Одер — с апреля по июль; в Риони — с конца апреля по июнь, в Дунай — с апреля по май, в Гвадалквивир — с января по май. [4].
Ценная, но крайне редкая рыба. В 1936—1939 гг. мировой улов не превышал 130 т, в Европе до 50—60 т, из них у берегов Бискайского залива — до 25,5 т). В СССР в 1936 г. добывалось примерно 8—10 т, из них в Риони — 2,5 т. Ныне популяции в Чёрном море и в Бискайском заливе насчитывают не более 300 особей, а на севере и востоке Европы атлантический осетр практически исчез: в 90-х годах здесь отмечались лишь единичные поимки. В настоящее время встречается только в р. Гаронна (Франция).
Рыба поступала на рынок в охлажденном, замороженном, солёном и копчёном виде. Икру солили. По качеству икра и мясо атлантического осетра ниже, чем у солоноватоводных и пресноводных видов[4].
В настоящее время этот вид включен в Красную книгу России, Франции, Испании, Польши, Германии и в целом, считается под угрозой полного исчезновения. Международный союз охраны природы присвоил виду охранный статус «Виды на грани исчезновения»[6].