Do nhầm lẫn với cá nhám đuôi dài thông thường, sự phân bố của cá nhám đuôi dài có thể rộng rãi hơn hiện đang được người ta biết đến. Phạm vi phân bố dao động rộng rãi trong Ấn Độ Dương-Thái Bình Dương, với các ghi nhận rải rác từ Nam Phi, Biển Đỏ và biển Ả Rập (ngoài khơi Somalia, giữa Oman và Ấn Độ, và tắt Pakistan), đến Trung Quốc, đông nam Nhật Bản, tây bắc Úc, New Caledonia, Tahiti, quần đảo Hawaii, vịnh California, và quần đảo Galapagos.[4] Quần thể ở Bắc Thái Bình Dương dịch chuyển về phía bắc trong những năm El Nino ấm.[7] Phân tích ADN ti thể đã chỉ ra rằng có mở rộng dòng gen trong quần thể cá nhám đuôi dài phía đông và phía tây Thái Bình Dương, nhưng dòng chảy nhỏ gene giữa chúng.[8]Chúng chủ yếu sinh sống ở ngoài khơi, xuất hiện từ mặt nước đến độ sâu ít nhất là 150 m (492 ft). Tuy nhiên, đôi khi chúng đến gần bờ ở những vùng có một thềm lục địa hẹp, và đã được quan sát gần các dốc thẳng đứng rạn san hô núi đáy biển trong Biển Đỏ và biển Cortez, và ngoài khơi Indonesia và Micronesia. Nó cũng đã được biết đến xâm nhập đầm phá lớn trong quần đảo Tuamotu.[9]