Klotpyrola växer på torr–fuktig, mager mark i björkskogar eller planterade tallskogar på sand. Den ses även i blandskogar, sumpskogar, betade hässlen eller granskogar där marken är täckt av barrförna. I tätare skogar påträffas den i kanten av skogsvägar och stigar. Sällsynt växer den öppet och ljusexponerat i grustag, betade sandgräshedar och dynsvackor. En udda växtmiljö bör nämnas; vid Södra bruket i Degerhamn växer klotpyrola i gles aspskog i ett gammalt skifferbrott.

Klotpyrola är ojämnt spridd över Öland. Utbredningsmönstret känns igen från Sterner (1938) dvs. främst de västra socknarna från Räpplinge och söderut till Kastlösa. En minskning har skett och idag är klotpyrola vanligast längst i norr, i delar av Böda och Högby sn. Troligen är dagens skogar alltför tätt bevuxna med för mycket ris och gräs i fältskiktet för att vara optimala för arten. Jämfört med Sterner (1938) ses en tydlig minskning i statistiska analyser (Frescalo och Telfer).

Gammal, bofast.