Плаун булавовидный встречается в лесной и лесотундровой зонах практически по всему миру, а также в горно-лесном и субальпийском поясах. 15
Растение растёт в преимущественно хвойных лесах, предпочитает светлые сосняки, реже встречается в смешанных и лиственных лесах. 15
К почвам плаун булавовидный безразличен, но чаще растёт на песках и горах. 12