毛毛虫一般以植物的叶片、嫩芽、嫩茎等为主要食物，不同种类对食物有特定偏好。大多数毛毛虫是植食性的，会选择特定的寄主植物，例如菜青虫主要吃十字花科蔬菜的叶子，桑蚕幼虫专食桑叶，松毛虫则以松树针叶为食。它们的口器适合咀嚼植物组织，通过不断进食积累能量，为后续化蛹和成虫阶段做准备。

部分毛毛虫的食性较为广泛，能吃多种植物的叶片，而有些则具有高度专一性，只依赖某一种植物生存。在食物匮乏时，少数种类的毛毛虫可能会出现同类相残的现象，但这种情况较为少见。毛毛虫的取食行为不仅满足自身生长需求，也在一定程度上影响着植物的生长和分布。