В природе бадан толстолистный растёт в Южной Сибири (Алтай, Саяны, Прибайкалье и Забайкалье, горы Якутии и Тывы). 3 За пределами России встречается в Монголии. 3

Растение растёт на скалах, осыпях, старых моренах и каменистых склонах субальпийского и верхней части лесного пояса, в хвойных и лиственных лесах со среднесомкнутым пологом. 14 Наиболее плотные заросли образует в местах, защищённых от ветра и имеющих толстый зимний покров снега. 1

Встречается на высотах от 300 до 2500 м над уровнем моря, обычно в местах с хорошо дренированной каменистой почвой. 3