Cá kiếm phân bổ trong mọi hệ sinh thái của đại dương thế giới, trong các vùng biển nhiệt đới, cận nhiệt đới và ôn đới, giữa các vĩ độ khoảng 45° vĩ bắc và 45° vĩ nam[6]. Chúng có xu hướng tập trung tại các khu vực mà các dòng hải lưu chính gặp nhau, và dọc theo các frông nhiệt độ. Chúng sinh sống trong các vùng nước bề mặt hỗn hợp với nhiệt độ trên 15 °C nhưng cũng có thể di chuyển và săn mồi tại các vùng nước lạnh tới 5 °C trong một khoảng thời gian ngắn, với sự trợ giúp của các cơ quan trao đổi nhiệt thích nghi đặc biệt, có khả năng làm tăng nhiệt độ của não và mắt của chúng lên tới hơn 10–15 °C.

Các khu vực với sự đông đúc lớn là phía bắc Hawaii, dọc theo khu vực chuyển tiếp ở bắc Thái Bình Dương, dọc theo bờ biển phía tây Hoa Kỳ và México cũng như ở miền tây Thái Bình Dương, phía đông Nhật Bản. Các kiểu di cư vẫn chưa được mô tả rõ mặc dù các dữ liệu thu được từ các cá thể có gắn thẻ chỉ ra rằng có chuyển động về phía đông từ khu vực trung tâm Thái Bình Dương và phía bắc Hawaii về phía bờ biển phía tây Hoa Kỳ. Các theo dõi dấu vết bằng âm thanh chỉ ra một số chuyển động ở các độ sâu lớn hơn trong thời gian ban ngày và chuyển động ở các lớp nước hỗn hợp bề mặt vào thời gian ban đêm. Dường như trong các thời gian này chúng đi theo các lớp phân tán sâu hay các con mồi nhỏ, do đó chúng thực hiện các chuyển động theo chiều dọc này.