Mauersegler ernähren sich als Luftjäger ausschließlich von Insekten und Spinnen. Die regionale Häufigkeit bestimmter Beute im Luftraum und das Nahrungsspektrum der dortigen Vögel stimmen weitestgehend überein, so dass davon auszugehen ist, dass Mauersegler nicht wählerisch sind und alle erreichbaren Objekte geeigneter Größe verwerten. In Europa sind über 500 Arten als Beute nachgewiesen, wobei von einer wesentlich höheren Zahl auszugehen ist, da die bisherigen diesbezüglichen Untersuchungen sich nur auf recht wenige Standorte beschränken. Hauptbeute sind wohl Blattläuse, Hautflügler, Käfer und Zweiflügler, häufig spielen auch fliegende Ameisenstadien und in Afrika zudem Termiten eine wichtige Rolle. Bei Wahlmöglichkeit werden Beutetiere mit einer Körperlänge von mehr als 5 Millimetern bevorzugt, zu den größten als Beutetier nachgewiesenen Tieren zählt die Hausmutter, ein Eulenfalter mit einer Körperlänge von 26 bis 29 Millimetern.
Der Nahrungserwerb erfolgt praktisch ausschließlich in der Luft, ein Ablesen von Nahrung an Dachrinnen, Vordächern oder Ähnlichem ist selten. Je nach Wetter und Verteilung des Angebots jagen Mauersegler in wechselnden Gebieten und Höhen, bei niedrigen Temperaturen oft in geringem Abstand zur Vegetation. Normalerweise liegt die Flughöhe zwischen 6 und 50 Metern, an warmen Tagen oft aber auch über 100 Meter über dem Boden. Der vermutlich größte Jagderfolg ergibt sich bei windstiller und warmer Witterung. Die Nahrungssuche erfolgt im Wechsel zwischen Schlag- und Gleitflug mit raschen Richtungsänderungen, dabei wird der Schnabel erst beim Zuschnappen geöffnet. Allerdings erreichen Mauersegler nicht die extreme Wendigkeit der Schwalben, die zudem auch gezielt größere Insekten als Mauersegler ergreifen, die Luftjagd der Schwalben gilt als wesentlich effektiver. Bei der Nahrungssuche halten voneinander entfernt fliegende Vögel optisch Kontakt, so dass sich bei Aufsteigen schwärmender Ameisen oft binnen weniger Minuten Hunderte von Mauerseglern einfinden.
Die Nestlingsnahrung unterschiedet sich nicht wesentlich vom sonstigen Beutespektrum der Altvögel, sie besteht fast ausschließlich aus Objekten von 2 bis 10 Millimetern Länge. Brutvögel sammeln die Nahrung dabei im Kehlsack, bis eine definierte Menge beisammen ist, was bei gutem Wetter bereits in knapp 40 Minuten erledigt sein kann, bei schlechter Witterung aber erheblich länger dauert. Ein fütterndes Brutpaar kann bei guten Bedingungen an einem Tag 50 Gramm Futter herbeischaffen, was mehr als 20.000 Insekten oder Spinnentieren entspricht.
Das Trinken erfolgt in einem schnellen, geraden Gleitflug, wobei der Körper einen Winkel von etwa 20 bis 35 Grad zur Wasseroberfläche bildet. Die Flügel werden dabei in V-Stellung gehalten. Der Schnabel taucht auf einer Strecke von ungefähr einem halben Meter ein und nahezu gleichzeitig mit dem Öffnen des Schnabels werden die Schwanzfedern abwärts gedrückt.