Тополь чёрный произрастает в обширном ареале: Европа, Сибирь (до Байкала), Средняя и Малая Азия, Восточный Казахстан, Западный Китай, Иран, Северная Африка. 23

В СНГ занимает территорию европейской части на севере от Гродно, Тулы, Ярославля, Нижегородской области, Кирова, Перми, на юге до Крыма и Кавказа. 2 В России приурочен главным образом к чернозёмным районам европейской части. 2 В Средней России встречается спорадически, лишь по долинам крупных рек, не выходя за пределы Верхней Волги и верхних течений Днепра и Дона. 2

Растёт одиночно, группами деревьев и небольшими рощами по заливным долинам рек, на галечных и песчаных отмелях и среди заливных лугов, на приречных песках, реже по террасам, также по протокам, старицам и берегам озёр. 2