Le caïman à museau large est le plus méridional des crocodiliens sud-américains. Il est observé dans les habitats marécageux du Pantanal, dans le bassin des rivières Paraguay et Paraná, au sud, et dans la rivière São Francisco au nord-est du Brésil.
Il fréquente les marais, les marécages, les mangroves ainsi que les basses terres affectées par les marées le long de la côte atlantique. On le retrouve aussi dans des mares artificielles créées pour le bétail.
Même s’il fréquente une grande diversité d’habitats, là où son aire de répartition chevauche celle du caïman yacare, il évite la compétition en préférant les cours d’eau lents dans des forêts denses.
Sa coloration foncée, qui capte davantage de chaleur, lui permet de réguler sa température corporelle et de se retrouver jusqu’à des altitudes de 600 mètres.
Même s’il préfère le climat tropical, il peut survivre dans des climats plus tempérés et secs (comme en Uruguay et au nord de l’Argentine) qui ne conviennent pas à d’autres espèces de crocodiliens.