Zamieszkuje całą Europę z wyjątkiem północnej Skandynawii i Rosji, a także część zachodniej Azji. Preferuje przy tym głównie świetliste lasy liściaste i mieszane, rzadziej iglaste, zamieszkiwane również przez dzięcioła dużego, w którego starych, opuszczonych dziuplach gniazduje. 

Upierzenie jest na brzuchu żółte z niewielką czarną plamą. Grzbiet jest ciemnozielony z niebieskimi akcentami. Głowa jest biała z kilkoma czarnymi paskami i niebieską „czapeczką”, podobną do tych, jakie występują u dzięciołów. W locie widać ciemny, szarawy spód skrzydeł. 

Głos ptaka jest wysoki, przypominający gwizd, podobny do głosów innych przedstawicieli rodziny sikor. Jest nieco mniejsza od wróbla domowego.

Gniazduje w dziuplach naturalnych i wykutych przez dzięcioły oraz skrzynkach lęgowych. Ma bardzo liczne lęgi. Pisklęta karmione są głównie owadami. Ich legowiskiem w dziupli jest uwite przez osobniki dorosłe gniazdo, podobne do gniazda sikory bogatki, zbudowane z mchu, włosia i piór.

Osobniki młodociane są równie kolorowe jak dorosłe, jednak są ubarwione inaczej. Nie mają też niebieskiej „czapeczki”. Po zakończeniu lęgów zarówno młode, jak i dorosłe, żyją w grupach. Zimą żywią się przede wszystkim pokarmem roślinnym. Odwiedzają też karmniki, ceniąc przede wszystkim słonecznik, orzeszki ziemne i mieszanki tłuszczowo-nasienne. Ustępują jednak przy nich większym bogatkom. 

Nazwa łacińska gatunku caeruleus  oznacza niebieską barwę czapeczki na głowie dorosłych przedstawicieli tego gatunku. Do tej barwy nawiązuje również jej polska nazwa – „sikora modra”. 

Większość populacji zimuje (zwłaszcza na zachodzie kraju), ale część osobników odlatuje do południowej Francji (na ich miejsce przybywają ptaki z Półwyspu Skandynawskiego). Przeloty w marcu-kwietniu i wrześniu-październiku.

Żółta pierś i niebieska czapeczka w białym otoczeniu są cechami rozpoznawczymi gatunku.
Ubarwienie z dominującym żółtym i zielononiebieskim odcieniem (jedyny mały ptak Europy o takim upierzeniu). Mniejsza od wróbla. Obie płci ubarwione prawie jednakowo i zbliżonej wielkości, choć samica ma bardziej matowe i mniej wyraziste barwy głównie na czole i skrzydłach. Niebieska barwa piór samca jest bardziej szafirowa i jaskrawa, a u samicy szarawa. Wierzch głowy niebieski, u samic może być trochę bledszy, biało obrzeżony, szczyt z przodu jest jaśniejszy. Młode mają mniej wyraźne barwy, jakby matowe, bardziej zielonkawe w porównaniu z niebieskim odcieniem u dorosłych, a policzki są żółtawe.

Sprawnie porusza się wśród cienkich gałązek, często zawisa głową w dół. Dziób cienki, ale ostry i dość silny.

Mimo iż człowiek widzi sikorę modrą w niebiesko-żółtych barwach, to same ptaki widzą siebie inaczej. Samiec jest dla samicy jaskrawo nadfioletowy. Pióra samicy odbijają dużo mniej nadfioletu. Sikory widzą zarówno widzialny dla człowieka zakres fal elektromagnetycznych, jak i odcienie nadfioletu.

Sikora modra jest bardzo ruchliwa (choć nie tak jak bogatka) – zwinnie porusza się, skacząc pomiędzy cienkimi gałązkami, zwisając głową w dół. Nie kryje się przed człowiekiem. Lata dość słabo. Wędruje lub zimą skupia się w stada, które mogą liczyć do kilkuset osobników. W najchłodniejszych miesiącach roku można ją spotkać w grupach mieszanych obok pełzaczy, kowalików, dzięciołów i mysikrólików – razem szukają pokarmu i ostrzegają się przed drapieżnikami.

Ostrzega inne osobniki cerretet. Jej trel ma dzwoniące brzmienie. Głos wabiący to tsii tsii, sit, tgi, tgi, cicide cerrr ceretet, natomiast śpiew dodatkowo z końcówką cicicij-jurr, opisywany też jako wysokie cici i jasny trel tirrr, głos porozumiewawczy coretetet.

Wymagania środowiskowe sikory modrej są większe niż w przypadku bogatki. Zasiedla ona lasy; prześwietlone, słoneczne lasy liściaste i mieszane oraz wszelkie zadrzewienia, w tym śródpolne, parki, sady, aleje, krzewy, skwery, doliny większych rzek i ogrody. Tam znajduje miejsce na gniazdo i wystarczającą ilość pokarmu.

Unika lasów iglastych i suchych sośnin, gęstych, ciemnych lasów, a jeśli wybiera je za swój biotop, to muszą mieć dobrze rozwiniętą strukturę i posiadać dziuplaste drzewa. Preferuje lasy olszowe z domieszką dębów.

Wyprowadza 1–2 lęgi w roku. Gniazdo w dziupli lub budce lęgowej o średnicy otworu 27 mm (przy większym może być wygoniona, np. przez preferujące większą średnicę bogatki), zbudowane z mchu, liści i suchych traw, wysłane wełną, włosami, piórami, sierścią. Celowe wieszanie budki lęgowej powinno mieć miejsce pod koniec zimy, aby sikory zauważyły je przed rozpoczęciem okresu lęgowego. Tworzone pary są monogamiczne.

Od połowy kwietnia składa 10–16 jaj, białych z czerwonymi kropkami. Jest ich więcej niż w lęgu sikory bogatki. Jaja wysiadywane są przez ok. 14 dni przez samicę. Pisklęta opuszczają gniazdo po 16–22 dniach. Liczba potomstwa jest tak duża, że wykarmienie młodych wymaga od obojga rodziców dużego wysiłku. Silnie rozwinięty instynkt macierzyński sprawia jednak, że przynoszą im pokarm w tydzień, a nawet dwa tygodnie po wyjściu z gniazda.

Zjada owady, pajęczaki i inne drobne bezkręgowce oraz małe nasiona (również drzew). Wiosną oprócz pokarmu roślinnego je również nektar wierzbowy, pączki i soki drzew, jesienią jagody. zimą nasiona, jagody i inne owoce i tłuszcze podawane w karmniku.

Miejsce zbierania pokarmu i sposoby temu służące są bardzo szerokie – na cienkich gałązkach, krzewach, a nawet na ziemi zimą. W czasie żerowania zachowują się w interesujący sposób – często wieszają się na końcach najcieńszych gałązek grzbietem do dołu i zbierają z roślin szkodliwe owady, głównie jaja i larwy. Chętnie robią tak w przypadku kasztanowców, które są niszczone przez minujące larwy szrotówka kasztanowcowiaczka. Gdy skończą z oczyszczaniem jednej gałązki, przelatują kołyszącym się lotem na następną.

Oprócz tego odrywają płatki kory, rozdziobują galasy, liście, łodygi, źdźbła, czyli próbują dostać się do miejsc, w których przebywają owady. W preferencjach żywieniowych sikora modra pomagają leśnikom i sadownikom w biologicznej walce ze szkodnikami. Zjadają te owady, których w danej chwili jest najwięcej. Czasem nawet człowiek wabi te ptaki do sadów i ogrodów poprzez wywieszanie dla nich budek lęgowych.

Zimą dużą część czasu ptaki spędzają na szukaniu jaj i innych stadiów spoczynkowych owadów, a nasiona roślin oleistych stanowią tylko uzupełnienie diety – jest to jednocześnie najodpowiedniejszy pokarm, jaki powinno zostawiać się tym ptakom w karmnikach. O tej porze roku niektóre osobniki chętnie zatrzymują się w trzcinowiskach, gdzie poszukują pokarmu. Nie mają w zwyczaju gromadzić zapasów.

Pomimo iż różne gatunki sikor, bogatki, ubogie i modre, zamieszkiwać mogą ten sam typ lasu, to nie zachodzi pomiędzy nimi konkurencja o pokarm. Poszczególne gatunki mają swoje konkretne miejsca zbioru – sikora modra łowi owady w wierzchołkach i na końcach drzew, bogatka przebywa w najniższych partiach warstwy leśnego podrostu, a sikora uboga w środkowym piętrze. Ponadto - ile dany gatunek sikory zje pokarmu, uzależnione jest od rozmiarów ptaka, co jednocześnie zmniejsza możliwość konkurowania pokarmowego ze sobą do minimum.
Na terenie Polski gatunek ten jest objęty ścisłą ochroną gatunkową.