Storczyki są roślinami kosmopolitycznymi. Występuję na wszystkich kontynentach z wyjątkiem Antarktydy. Największe ich bogactwo i różnorodność obserwujemy w tropikach. To tam rośnie około 95% wszystkich znanych gatunków, stamtąd też pochodzą storczyki o największych i najbardziej efektownych kwiatach. Obszarem najbogatszym w storczyki jest Ameryka Południowa i Środkowa, gdzie stwierdzono ponad 300 rodzajów oraz ponad 8200 gatunków. Z Kolumbii i Ekwadoru znanych jest po około 3000 gatunków, czyli znacznie więcej niż liczy cała flora roślin kwiatowych Polski! Poza tropikami rośliny te spotykamy niemal we wszystkich strefach klimatycznych. Na półkuli północnej rosną za kręgiem polarnym, na południowej sięgają 55° szerokości geograficznej. Oddalając się od równika, obserwujemy wyraźne ubożenie flory storczyków. Na przykład z Ameryki Północnej (Dodawano tylko 26 rodzajów i 155 gatunków, a z nieporównywalnie większej Eurazji – bez jej południowo-wschodniego krańca – 49 rodzajów i 664 gatunki. To ubóstwo flory storczyków półkuli północnej wynika z burzliwej historii tej części globu — przede wszystkim zlodowaceń. Bardzo interesujące storczyki rosną w Australii, co jest skutkiem długiej izolacji kontynentu. Stworzyło to możliwości powstania wielu gatunków, nie rosnących nigdzie indziej, tak zwanych endemitów.
Wiele storczyków rośnie na nadmorskich bagnach, a więc na poziomie morza, ale liczne występują także wysoko w górach, m.in. w piętrze alpejskim Andów i Himalajów.
W strefie tropikalnej dominującą formą życiową są epifity, czyli rośliny rosnące na innych roślinach, zwykle na drzewach, ale także np. na lianach czy na kaktusach. Cały ich cykl życiowy przebiega bez kontaktu z powierzchnią ziemi, często wysoko w koronach drzew. Storczyki epifityczne najdalej na północ sięgają do Korei oraz Północnej Karoliny w USA, zaś na półkuli południowej można je znaleźć jeszcze na Nowej Zelandii oraz na Tasmanii.
W klimacie umiarkowanym storczyki, ze względu na niskie temperatury albo długi okres suszy, nie rosną na drzewach, są roślinami naziemnymi. Różnorodnością dorównują epifitom. Niektóre prawie całe życie spędzają pod powierzchnią ziemi, nawet kwiaty wytwarzają pod ziemią! Takim storczykiem jest australijski rodzaj Rhizanlliella. Inne „unikają” współzawodnictwa o światło wytwarzając liście w zimie, kiedy wszystkie pozostałe rośliny przechodzą okres spoczynku, jak północnoamerykańskie rodzaje Aplectrum i Tipularia.
Marginalną grupę wśród storczyków stanowią liany – wspinające się w pogoni za światłem, przede wszystkim na drzewa. Także i one rosną głównie w tropikach. Do tej grupy należą największe storczyki świata, np. wanilia (Vanilla) dorastająca do 100 m długości!
W jakich zbiorowiskach roślinnych można znaleźć storczyki? Najwięcej gatunków występuje w różnych typach lasów tropikalnych, ale można je także spotkać w specyficznych bagnistych zaroślach nadmorskich, tzw. namorzynach, na sawannach, stepach, w buszu, nawet na półpustyniach, a także w lasach liściastych i iglastych oraz na łąkach, torfowiskach i w tundrze. Storczyki nie rosną na pustyniach. Gatunki naszej flory można podzielić na trzy główne grupy: gatunki lasów liściastych, głównie buczyn i grądów, borów oraz łąk i torfowisk.
Dużą grupę stanowią gatunki rosnące w lasach liściastych, przede wszystkim buczynach porastających żyzne gleby zasobne w węglan wapnia, w ciepłych dąbrowach oraz grądach. W buczynach korony drzew zabierają roślinom runa większość światła. Dlatego wiele gatunków rozwija się jeszcze przed pojawieniem się liści na bukach. Większość naszych storczyków rozpoczyna sezon wegetacyjny stosunkowo wcześnie, bowiem już pod koniec kwietnia lub na początku maja. Kwitnienie przypada zwykle na przełom maja i czerwca lub na czerwiec. W buczynach można znaleźć gatunki z rodzajów obuwik (Cypripediurn), podkolan (Platanthera), storczyk (Orchis), stoplamek (Dactylorhiza), kruszczyk (Epipactis), buławnik (Cepha-lanthera) oraz wszystkie nasze gatunki bezzieleniowe – gnieźnik (Neottia), storzan (Ępipogium) i żłobik (Corallorhiza).
Bory sosnowe i świerkowe różnią się warunkami świetlnymi oraz glebowymi od żyznych lasów liściastych. Ze względu na trwałość igieł, ilość światła docierającego do runa zależy od długości dnia oraz pogody, a nie od fazy fenologicznej drzew. Gleby, na których rosną bory, należą do ubogich i kwaśnych. Toteż flora storczyków jest tu odmienna niż w lasach liściastych – występują tu: tajęża (Goodyera) i gnieźnik (Neottia subgen. Listera), a sporadycznie także kruszczyk (Epipactis), storzan (Epipogium), wyblin (Malaxis) i żłobik (Corallorhiza).
Łąki i torfowiska obejmują wiele zbiorowisk roślinnych rozwijających się na glebach zróżnicowanych pod względem żyzności i wilgotności. Różnią się one zasadniczo od lasów i borów dobrymi warunkami świetlnymi. Dlatego też storczyki rosnące tu należą do gatunków światłolubnych. Szczególnie nawapienne łąki i torfowiska stanowią ostoję większości naszych storczyków: ozorki (Coelo-glossum), potrostka (Cliamorchis), dwulistnika (Oplirys), storczyka (Orchis), stoplamka (Dactylorhiza), gółki (Gymnadenia), koślaczka (Anacamptis), gnieźnika (Neottia subgen. Listera), kruszczyka (Epipactis), lipiennika (Liparis), wyblina (Malaxis), a także podkolana (Platanthera) i sporadycznie innych (np. buławnika – Cephalanthera). Na kwaśnych torfowiskach można spotkać wątlika (Hammarbya) i gołka (Pseudorchis).
Storczyki rosną także w lasach mieszanych, w podmokłych olszynach, zaroślach, na skałach, na wydmach itd. Ostatnio obserwuje się je dosyć często w rowach melioracyjnych i przydrożnych. Szczególnie ekspansywne są kruszczyk szerokolistny (Epipactis hellebori-ne), stoplamek szerokolistny (Dactylorhiza majalis) oraz plamisty (D. maculata).