Sowa polarna występuje w arktycznych i subarktycznych regionach Ameryki Północnej, Europy i Azji. Te ptaki zamieszkują otwartą tundrę, ale można je spotkać również w tajdze i innych otwartych siedliskach. Preferują obszary z obfitością małych ssaków, takich jak lemingi i woły.
Sowy polarne zimą migrują na południe, choć niektóre osobniki mogą zostać w swoich arktycznych siedliskach, jeśli pożywienia jest wystarczająco dużo.