Europa, västra Asien, Nordafrika. I Sverige från Skåne upp till södra Norrlandskusten. I Sörmland tämligen allmän i hela landskapet – (42%). Knölsmörblomman är flerårig med övervintrande stamknöl i marken. Den förekommer på naturbetesmarker, där den främst växer i torra, solexponerade partier. Dessutom växer den ofta på klippängar, särskilt på kalk. Arten är starkt betesgynnad och har minskat i områden där naturbetena försvunnit. I större delen av landskapet är dess existens beroende av fortsatt bete.