Vattenklöver växer i skogskärr med ag och/eller bunkestarr, rikkärr med axag, bäckar, källor, alvarträsk, sumpskogar, alkärr och kalkfuktängar; lokalerna kan vara betade eller ohävdade. Sällsynt rapporteras den från grävda vattenhål och övergivna stenbrott.

Utbredningen visar att vattenklöver främst växer på norra halvan av Stora Alvaret och i södra delen av Mittlandet. På sydöstra Öland är arten i princip obefintlig, något som även Rikard Sterner noterade. Växten föredrar naturliga fuktställen som bäckar och skogskärr med näringsfattigt vatten och ratar nästan helt de grävda vattenhål och bevattningsdammar som numera är vanliga inslag på dagens Öland; troligen är de alltför näringsrika för att passa växten. Torrläggningen av landskapet har gjort att vattenklöver gått tillbaka och minskningen kan befaras fortsätta.

Vattenklöver har blommor som är heterostyla dvs. med olika längd på stiftet. Vissa plantor har stift som är långa med korta ståndare och vice versa. Detta är en konstruktion för att öka chanser till korsbefruktning. En annan välkänd art med heterostyli är gullviva Primula veris.

Gammal, bofast.