L’athyrie fougère-femelle se retrouve principalement dans les forêts de feuillus et dans les forêts mixtes. Elle est moins fréquente dans les forêts de conifères.
Cette fougère pousse sur des sols riches en humus, humides et frais, dont le pH est de qualité légèrement acide à neutre. On la retrouve principalement sur des sites ombragés ou semi-ombragés, en bordure des ruisseaux, ou dans les dépressions forestières.
L'espèce est dite circumboréale, c’est à dire qu’elle est présente dans tout l’hémisphère Nord. Elle est indigène en Amérique du Nord et présente dans l'ensemble des forêts tempérées de l'Europe et de l'Asie. On la retrouve dans la majeure partie des États-Unis (à l’exception des milieux arides) et partout au Canada, quoique moins fréquemment dans les Prairies.
Au Québec, elle pousse dans toutes les régions, jusqu'au 57e parallèle.