Enligt Financial Times har bolagen fört samtal under de senaste månaderna. Källor till tidningen uppger att affären kan gå i lås inom en snar framtid, men mycket arbete kvarstår innan en affär kan presenteras.
Astra Zeneca AZN -0,34%Dagens utveckling har ett börsvärde på drygt 2.500 miljarder kronor, medan Bristol Myers Squibb värderas till omkring 1.300 miljarder kronor.
Varken Astra Zeneca eller Bristol Myers Squibb vill kommentera uppgifterna.
En gränsöverskridande affär väntas dock bli politiskt känslig. I Storbritannien kan ett samgående möta motstånd eftersom det skulle kunna bana väg för att Astra Zeneca får USA som juridisk hemvist. I februari i år tog Astra Zeneca ytterligare ett steg mot den amerikanska marknaden genom att ersätta sina depåbevis på Nasdaq med en direktnotering på New York Stock Exchange.
En sammanslagning skulle också granskas noggrant av konkurrensmyndigheter, eftersom båda bolagen har stora verksamheter inom cancerläkemedel.
Wallenbergägda Investor är Astra Zenecas fjärde största ägare. Kapitalförvaltaren Blackrock är största ägare.