Rozród ocelota nadrzewnego nie został dobrze zbadany, a większość dostępnych informacji pochodzi z obserwacji zwierząt trzymanych w niewoli, niezbyt liczebnych. Długość cyklu miesięcznego wynosi pomiędzy 30 a 36 dni, na co przypada od 4 do 10 dni rui. Samica kopuluje z samcem, po czym zachodzi w ciążę trwającą pomiędzy 76 a 84 dni, a więc dłuższej niż w przypadku większości małych kotów. Przykładowo u ocelota chilijskiego trwa ona 70–78 dni. U znacznie większego ocelota wielkiego jest to od 79 do 82 dni. Po ciąży samica wydaje na świat najczęściej pojedynczego noworodka, rzadko dwa. Średnia wynosi 1,09. Masa urodzeniowa wynosi zwykle pomiędzy 85 a 125 g, aczkolwiek zanotowano wartości odstające 163 i 170 g. Kocię włącza pokarm stały w wieku od 7 do 8 tygodni. Kiedy ma 8–10 miesięcy, osiąga wielkość prawie dorosłego margaja. Samica może wejść w ruję w wieku 6–10 miesięcy, aczkolwiek dojrzałość płciowa najczęściej osiągana jest w wieku 2 lat. Długość pokolenia wynosi 6 lat.