Báo hoa mai có sự phân bố lớn nhất trong số tất cả các loài mèo hoang dã, xuất hiện rộng rãi ở châu Phi cũng như miền đông và miền nam châu Á, mặc dù quần thể đã cho thấy một xu hướng giảm dần, và bị chia cắt bên ngoài châu Phi Hạ Sahara. Ở châu Phi Hạ Sahara, loài này vẫn còn rất nhiều và thậm chí phát triển mạnh trong môi trường sống nơi những con mèo lớn khác đã biến mất, mặc dù có nhiều khả năng xảy ra xung đột giữa người và báo do báo thường tấn công gia súc. Các quần thể ở Bắc Phi có thể đã bị tuyệt chủng. Dữ liệu về phân phối của chúng ở châu Á không nhất quán. Quần thể ở Tây Nam Á và Trung Á rất nhỏ và phân mảnh; ở phía đông bắc, chúng đang bị đe dọa nghiêm trọng. Ở tiểu lục địa Ấn Độ, Đông Nam Á và Trung Quốc, báo hoa mai vẫn còn tương đối phong phú. Trong số các loài họ mèo nói chung, số lượng của chúng lớn hơn các loài Panthera khác, những loài mà hầu như tất cả đều phải đối mặt với các mối quan tâm bảo tồn cấp tính hơn.

Mặc dù số lượng lớn của chúng, loài thú săn đêm và sống trên cây này rất khó nhìn thấy trong tự nhiên. Có thể là khu vực có nhiều nhất là vườn quốc gia Yala ở Sri Lanka, ở đó có mật độ báo hoa mai hoang cao nhất thế giới, nhưng thậm chí ngay cả ở đây thì việc nhìn thấy chúng không phải lúc nào cũng có.

Báo hoa mai có khả năng thích nghi đặc biệt, mặc dù môi trường sống của chúng chủ yếu gắn với những đồng cỏ xavan và rừng nhiệt đới. Các quần thể thường phát triển mạnh ở bất cứ nơi nào trong phạm vi của loài nơi đồng cỏ, rừng thưa và rừng ven sông hầu như không bị xáo trộn. Ở Viễn Đông Nga, chúng sống trong các khu rừng lá kim ôn đới nơi nhiệt độ mùa đông xuống thấp tới −25 °C (−13 °F). Chúng cũng thích nghi rất tốt trong một số khu rừng nhiệt đới ẩm nhất thế giới và cả rìa sa mạc nửa khô cằn.

Báo hoa mai ở phía tây và Trung Á tránh các sa mạc và các khu vực có tuyết phủ dài và các khu vực gần trung tâm đô thị. Ở Ấn Độ, quần thể báo đôi khi sống khá gần các khu định cư của con người và thậm chí ở các khu vực bán phát triển. Mặc dù đôi khi thích nghi với sự xáo trộn của con người, báo hoa mai đòi hỏi quần thể con mồi dồi dào và lớp phủ thực vật thích hợp để săn mồi để tồn tại kéo dài và do đó hiếm khi nán lại ở các khu vực phát triển mạnh quá lâu. Do tài sống lén lút siêu hạng của báo hoa mai, mọi người thường không biết rằng những con mèo lớn này đang sống gần nơi ở của họ.