C. lunula được phân bố rộng khắp các vùng biển nhiệt đới thuộc khu vực Ấn Độ Dương - Thái Bình Dương. Từ bờ biển Đông Phi, phạm vi của loài cá này trải dài về phía đông đến quần đảo Hawaii (Hoa Kỳ), quần đảo Marquises (Polynésie thuộc Pháp) và đảo Ducie (quần đảo Pitcairn), ngược lên phía bắc đến vùng biển phía nam Nhật Bản, xa về phía nam đến đảo Lord Howe (Úc) và Rapa Iti.[1]

Ở Việt Nam, C. lunula được ghi nhận tại cù lao Chàm (Quảng Nam), đảo Lý Sơn (Quảng Ngãi) và quần đảo Hoàng Sa;[4] vịnh Nha Trang (Khánh Hòa);[5] Ninh Thuận;[6] cù lao Câu và một số đảo đá ngoài khơi Bình Thuận;[7] Côn Đảo;[8] cũng như tại Quảng Ninh, quần đảo Cát Bà (Hải Phòng) và quần đảo Trường Sa.[9]

Những cá thể C. lunula lang thang đôi khi được bắt gặp tại quần đảo Galápagos (Ecuador) và đảo Cocos (Costa Rica) ở phía đông Thái Bình Dương.[1] Ngoài ra, C. lunula còn được nhìn thấy trên các rạn san hô ngoài khơi Boca Raton, Deerfield Beach và Delray Beach, đều là những thành phố thuộc bang Florida (Hoa Kỳ), nhiều khả năng là được thả ra từ các bể cá cảnh.[10]

C. lunula có thể được bắt gặp trên các rạn san hô viền bờ hay trong đầm phá, thường tập trung ở những vùng biển mà san hô phát triển phong phú,[1] trong khi cá con phổ biến ở vùng gian triều và các vũng thủy triều, độ sâu mà chúng được tìm thấy có thể lên đến 170 m.[11]