Ze snu zimowego popielice szare budzą się bardzo późno – najczęściej w maju, rzadziej na początku czerwca. Po długim okresie żerowania i około miesięcznej ciąży, samice rodzą raz do roku w sierpniu od 2 do 9 choć czasem nawet 11 młodych. Najczęściej dopiero osobniki w drugim roku życia uzyskują dojrzałość płciową. Gniazda zakładane są w dziuplach drzew, rozpadlinach, w opuszczonych miękkich gniazdach, a nawet skrzynkach lęgowych dla ptaków. Szczególnie lubi drzewa wysokie, na których buduje kunsztowne, kuliste gniazda. Znacznie rzadziej gnieździ się na strychach śródleśnych lub przyleśnych budynków. Po drzewach porusza się niezwykle zręcznie, przeskakując z jednej gałęzi na drugą i szybko wspinając się po pniach. Gniazdo zbudowane jest z liści znajdujących się najbliżej otworu wejściowego do dziupli, przy czym zrywane są wyłącznie świeże liście. Młode rodzą się nagie i ślepe, ważą 1-2 gramy, po około 22 dniach otwierają oczy, zaś gniazdo opuszczają po około miesiącu. Dorastają po około trzech miesiącach. Popielice żyją ponad 9 lat.
Rozród popielic szarych jest uzależniony od obfitości pożywienia. W latach, kiedy dominujący gatunek drzewa (buk, dąb lub grab) nie owocuje, popielice praktycznie nie przystępują do rozrodu.