Klotstarr är en ursprunglig art. Den angavs förekomma flerstädes i Gävletrakten 1848 och 1863. Arnell (1924b) angav den som allmän i Ockelbo och Österfärnebo och anger några enskilda lokaler i andra socknar. Det är knappast sannolikt att växten ökat sedan dess, troligare är att tidigare författare vistats mindre i skogen och underskattat växtens förekomst.
Klotstarren är ganska skuggtålig och föredrar gles eller halvöppen skog men undviker öppna marker (t.ex. öppna myrar). Den förekommer på hyggen men missgynnas troligen av kraftig exponering och dränering. Typiska växtplatser är magra sumpskogar som tallkärr och kanter av tallmossar. Fuktig blåbärs-tallskog med fickor av vit- och björnmossor passar också utmärkt. I sådana miljöer blir klotstarren ofta dominerande. Vegetativa bestånd som inte blommar är vanliga. Arten torde därmed vara avsevärt förbisedd under inventeringen.
De vanligaste följearterna är blåbär (59%) och lingon följda av tall, gran, glasbjörk, ljung, skvattram, odon, skogsstjärna och skogsfräken. Klotstarren blommar samtidigt med harsyra.