Nie występuje sezon rozrodczy. Cykl jajnikowy samicy trwa 4–5 tygodni, z czego od 10 do 14 dni przypada na ruję. Samica spotyka samca, kopuluje z nim na ziemi bądź na drzewie zwieszona z gałęzi w pozycji brzuch do brzucha, po czym zachodzi w ciążę trwającą wedle Moraes-Barros od 330 do 350 dni, wedle IUCN 10 miesięcy. W jej efekcie rodzi pojedynczego noworodka. Nosi swe dziecko na brzuchu bądź na grzbiecie. Matka zajmuje się młodym przez 5 miesięcy. Pomimo jej opieki śmiertelność młodych w tym wieku jest duża. Matka nie wyda na świat kolejnego potomka przed upływem 14–27 miesięcy. Tymczasem samica osiąga dojrzałość płciową w wieku trzech lat. Samiec czeka na możliwość przekazania własnych genów 4–5 lat. Całkowita długość życia wynosi do 27 lat w niewoli, przy czym obserwowano samicę, która urodziła młode, licząc już 25 lat.
W sierpniu 2024 roku w wieku 54 lat zmarł najstarszy leniwiec dwupalczasty żyjący w niewoli. W ogrodzie zoologicznym spędził 38 lat, co przyniosło mu wpis do Księgi Rekordów Guinnessa.