Họ Cá thia phân bố ở các vùng nhiệt đới nhưng cũng có một số ngoại lệ sống tại vùng nước ôn đới (như loài Hypsypops rubicundus). Đa số chúng hiện diện tại khu vực các rạn san hô vùng Ấn Độ Dương và tây Thái Bình Dương (từ Đông Phi đến Polynesia). Khu vực trải dài từ Philippines đến Úc là nơi tập trung mật độ loài dày đặc nhất.[6] Số loài còn lại sống ở Đại Tây Dương và đông Thái Bình Dương. Một số loài cá thia là cư dân bản địa của môi trường nước ngọt hoặc cửa sông nước lợ.[4][7]

Đa phần các thành viên trong họ Cá thia sống nơi nước nông, khoảng từ 2 đến 15 m; mặc dù vậy vẫn có những loài (ví dụ Chromis abyssus) sống các rạn san hô sâu dưới 100 m thuộc vùng nhiệt đới tây Thái Bình Dương.[8] Hầu hết cá thia sống ở những vùng riêng biệt của rạn san hô, ví dụ khu vực phá nước nhiều cát, sườn dốc của rạn san hô hoặc những vùng có sóng lớn. Nói chung, san hô là nơi trú ẩn cho cá và nhiều loài chỉ tồn tại được nếu có san hô.[7]

Các loài sống ở vùng đáy có tính phân chia lãnh địa. Chúng chiếm cứ và bảo vệ một phần rạn san hô, thường là xung quanh chỗ trú ngụ của mình. Thông qua việc ngăn chặn các loài cá khác xâm nhập, một số loài cá thia đã giúp cho thảm tảo mọc dày lên trong vùng lãnh địa của cá, khiến người ta gán cho những con cá này cái tên thông dụng là "cá nông dân", ví dụ loài Stegastes nigricans.[7]