Các loài cá da trơn còn sinh tồn sống trong các vùng nước nội địa hay ven biển của mọi châu lục, ngoại trừ châu Nam Cực nhưng chúng có lẽ đã từng sinh sống trong mọi châu lục vào khoảng thời gian này hay khoảng thời gian khác[5]. Cá da trơn là đa dạng nhất tại khu vực nhiệt đới Nam Mỹ, châu Phi và châu Á[7]. Trên một nửa số loài cá da trơn sinh sống tại châu Mỹ. Chúng là các loài cá duy nhất của siêu bộ Ostariophysi đã di cư vào các môi trường sống nước ngọt ở Madagascar, Australia và New Guinea[24].

Cá da trơn chủ yếu được tìm thấy tại các môi trường sống nước ngọt, mặc dù phần lớn sinh sống trong các môi trường nước nông và lưu thông (nước chảy)[24]. Các đại diện của ít nhất là 8 họ là các loài sinh sống ngầm dưới đất với 3 họ có khả năng sinh sống trong các hang hốc. Vì thế, cá da trơn là một trong những nhóm cá thành công nhất trong việc chiếm lĩnh các hang hốc[25][26]. Một loài, Phreatobius cisternarum, sinh sống trong môi trường nước ngầm[27]. Nhiều loài từ các họ Ariidae và Plotosidae, cùng vài loài từ các họ Aspredinidae và Bagridae, có thể sinh sống tốt trong môi trường biển[28][29].

Tại Việt Nam[30], có thể tìm thấy cá lăng (Hemibagrus elongatus), cá chiên (Bagarius bagarius), cá ngạnh (Cranoglanis sinensis) ở các sông đồng bằng miền Bắc như sông Lô, sông Hồng, sông Thao, sông Đà, sông Mã, sông Lam. Miền Nam thì có cá chiên sông (Bagarius yarrelli), cá lăng nha (Mystus nemurus), cá tra dầu (Pangasianodon gigas), cá trèn bầu (Ompok bimaculatus) được thấy tại các sông rạch như sông Đồng Nai, sông Sài Gòn và hạ lưu sông Cửu Long, vùng Tiền Giang, Hậu Giang.