Skogsstjärnblomma är mer okänd än den snarlika grässtjärnblomman S. graminea och växer mer undanskymt och då framförallt i skuggiga och fuktiga skogsmiljöer. Sina naturliga förekomster har den i källdrag och svackor i rikare granskog och den är särskilt vanlig i morasmiljöer bland block och lågor, på sipperytor i ravinkanter och sydbergsbranter. I skog rotar den sig gärna i nedbruten förna, låga mossor eller i markblottor. Ibland växer den i albårder och lövlundar eller i gropar kring rikare skogsbäckar. Någon gång kan den t.o.m. förekomma i blöt vitmossa bland vass, som i Kråkstasjön i Njurunda. Å andra sidan är den även sedd i lundartad miljö, relativt torr tallskog på glaciofluvialt material på Ljunganåsen (Torp).
I solöppna lägen vid röjningar och på frodiga hyggen kan skogstjärnblomman växa till och bli rikblommig och buskformig. Den kan då i stora mängder kolonisera mineraljordsgropar och körspår. Så kan den också ses på mineraljord i fuktiga dikeskanter och i skogsbilvägsskärningar, ibland då även i torrare lägen, t.ex. på nakna moränjordsblottor.