Kärrfräken hör hemma i myrar, där ett rikt uppträdande av arten tyder på rörligt vatten med viss mineralhalt, d.v.s. goda betingelser för artrikedom. Kärrfräken växer i blöta höljor och drag, gärna i myrutlopp, myrhalsar, och glest skogbeväxta kanter med markvattenpåverkan, mer sällan ute på öppna myrvidder. I rikkärr finns den också högre upp på tuvkanterna. I sluttningskärr är den typisk, även i de mer fattiga, som på bergen i östra Medelpad. Däremot saknas den i många plana fattigmyrar. Arten är också regelbunden i något rikare sumpskog.
Utanför myrarna finns den vanligen i mossmattan vid källor eller källbäckar, ibland i skogsbäckkanter. Kärrfräken kan någon gång också ses där grundvatten går i dagen på kulturmark, t.ex. i en ängssluttning eller i ett dike. Den har f.ö. blivit vanlig i skogsbilvägsdiken med sippervatten och kan märkligt nog kolonisera även långt upp på torra, grusiga vägbankar.