T. pavo có phạm vi phân bố rộng rãi ở Đông Bắc Đại Tây Dương. Từ bờ biển Bồ Đào Nha, loài này được ghi nhận dọc theo bờ biển Tây Phi trải về phía nam đến Sénégal, bao gồm tất cả các hòn đảo nằm thuộc Macaronesia ở ngoài khơi; T. pavo được phát hiện trên hầu hết vùng bờ biển Địa Trung Hải (trừ phần bờ biển phía tây bắc và biển Adriatic), nhưng không được ghi nhận tại Biển Đen[1][3].

Những ghi nhận trước đây của T. pavo từ Nam Sénégal trải dài đến Gabon có thể thuộc về Thalassoma newtoni[1], một loài tương đồng về mặt hình thái với T. pavo (đặc biệt là cá cái). Tuy nhiên, chưa có ghi nhận chính thức của T. newtoni tại bờ biển các quốc gia phía nam Tây Phi, nhưng loài này đã được xác định là có mặt tại Sao Tome và Principe.

T. pavo sống gần các mỏm đá và trên các thảm cỏ biển ven bờ ở độ sâu đến 60 m[1].