Сизый голубь питается преимущественно растительными кормами: семенами, ягодами, плодами фруктовых деревьев.

В местах проживания человека легко приспосабливается к употреблению в пищу пищевых отбросов и бросового зерна (пшеницы, ячменя, кукурузы и др.). Изредка употребляет в пищу насекомых. В целом по сравнению с другими видами он достаточно неприхотлив в выборе источника пропитания — орнитологи обнаружили у него лишь 37 вкусовых почек(нервных окончаний, рецепторов вкуса), тогда как у человека их около 10 тыс. Конкретные предпочтения зависят от доступности на данной территории — так, одно исследование, проведённое в сельской местности в США, показало, что рацион птиц на 92 % состоял из кукурузных зёрен, 3,2 % овса, 3,7 % черешни, а также небольшого количества семян горца, вяза, ячменя и сумаха. Примечателен способ, каким голуби пьют воду — они втягивают её в себя, как из соломинки, в то время как подавляющее большинство птиц захватывает клювом несколько капель и затем запрокидывает голову, давая жидкости скатиться в горло.

Кормится в одиночку либо группами, как правило утром и во второй половине дня, иногда совершая дальние перелёты в 10—50 км от ночлега к местам кормёжки. В дикой природе находит себе пропитание в зарослях кустарника. Охотно посещает людные места, железнодорожные насыпи, свалки, элеваторы, животноводческие фермы. Голуби собираются целыми стаями возле домов тех людей, которые их подкармливают. Довольно точно представляют время кормёжки, к которому следует прилетать (если кормить их систематически в одно и тоже время). Если рядом есть вода, то они могут сидеть на крыше с утра до вечера, ожидая подачки. Во время кормёжки предпочитают сначала поедать кусочки покрупнее. Так, если разбросать миску пшеничной крупы и через минуту неподалеку бросить миску пшеницы, то стая перелетит на пшеницу. Во время кормления некоторые особи могут подходить довольно близко, бегая друг у друга по головам и заползая чуть ли не на руки кормящему.