Loài này có phân bố rộng trên toàn thế giới, trong vùng nhiệt đới và các vùng biển ấm, nhưng cá mặt trăng phân bố chủ yếu ở các vùng biển nhiệt đới. Về mùa nóng có thể đến vùng ôn đới, thậm chí đến cả hàn đới cả phía bắc và phía Nam xích đạo. Những ngày có thời tiết tốt và ít sóng gió chúng thường nổi lên để hở một phần thân và vây lưng khỏi mặt nước để bắt động vật phù du. Khi có mưa to, gió lớn hoặc lúc đuổi mồi, chúng lật ngang thân trong nước dùng vây lưng và vây hậu môn bới rất nhanh.

Hầu hết cuộc đời cá mặt trăng sống cách xa đất liền, cá mặt trăng khi còn nhỏ cũng bơi bình thường như những loại cá khác, mãi cho đến khi trưởng thành, chúng chỉ thích trôi nghiêng theo các dòng hải lưu. Những con nhỏ thì tụ họp lại thành đàn, nhưng khi đã to lớn, chúng chỉ thích sống một mình, trôi phiêu du đi khắp các đại dương.

Cá mặt trăng hiếm khi xuất hiện ở vùng biển Việt Nam tuy thỉnh thoảng có mặt ở vịnh Bắc Bộ vùng Bạch Long Vĩ.[4] Ngư dân ở Nghệ An cũng từng bắt được, có con nặng 120 kg và dài hơn 1,5 mét. Cá mặt trăng lớn nhất ghi nhận bắt được cho đến nay lên đến 400 kg.[8] Tháng Năm 2018 ngư dân Huế bắt được một con dài 1 mét, nặng 32 kg cách bờ biển 40 hải lý.[12]

Việt Nam liệt danh cá mặt trăng là loài cá quý hiếm, có tên trong sách đỏ và là loài cần được bảo vệ cấp thiết; luật cấm hoàn toàn các hoạt động đánh bắt, khai thác dưới mọi hình thức.[8][9][13]