Dạ oanh là một loài chim di trú, sinh sống tại các rừng mưa và bụi rậm ở châu Âu và Tây Nam châu Á, tuy nhiên không được tìm thấy trong môi trường tự nhiên ở châu Mỹ. Chúng thường được coi là một loài chim của nước Anh vì sự hiện diện với số lượng lớn tại quốc gia này, nhưng dạ oanh vẫn có thể được tìm thấy ở Tây-Trung Âu, Nam Âu, châu Phi và Trung Cận Đông.[8] Nhìn chung loài chim này khá "kín kẽ" và khó tìm thấy, vì chúng thường trú ẩn sâu trong các bụi rậm,[14] chúng cũng sống ở gần các nguồn nước, và săn bắt sâu bọ trên mặt đất.[9] So với loài oanh phương Đông (Luscinia luscinia) có quan hệ gần gũi với nó, thì phân bố của dạ oanh nằm xích về phía Nam hơn.[4] Chúng làm tổ có hình chén bằng lá khô và rễ cây nằm trên hoặc nền đất, trong hoặc gần các bụi cây dày đặc.[8][10] Chúng trú đông ở châu Phi - một số cá thể đã vượt 3.000 dặm (4.800 km) từ Anh sang tận Sénégal và Gambia[14] - và trở lại miền Bắc vào khoảng tháng Tư. Ít nhất ở vùng Rheinland (Đức), nơi sống của dạ oanh gần trùng với một số thông số địa lý,[15] tỉ như:

• độ cao không quá 400 m (1.300 ft) so với mực nước biển
• nhiệt độ không khí trung bình trong mùa sinh trưởng trên 14 °C (57 °F)
• trong một năm có hơn 20 ngày có nhiệt độ vượt quá 25 °C (77 °F)
• lượng mưa dưới 750 mm
• chỉ số khô hạn dưới 0,35
• không có tán rừng kín

Trong thời gian gần đây, phân bố và quần thể dạ oanh đang có xu hướng suy giảm nghiêm trọng, như ở Anh số lượng loài chim này đã sụt 57 phần trăm trong giai đoạn 1995-2009,[13] và theo một phát ngôn viên của Hội Ủy thác điểu cầm học Anh quốc (British Trust for Ornithology) thì trên nước Anh chỉ còn khoảng 6.000 con chim trống.[14] Nguyên nhân chính là do môi trường sống của chúng càng ngày càng bị thu hẹp, ví dụ như các loài mang và hoẵng đã ăn mất nhiều cây bụi nơi chúng sống,[16] hoặc do diện tích rừng thu hẹp bởi chính sách quản lý rừng, hoặc do mùa xuân trở nên lạnh và ẩm hơn.[9]