Sowy polarne zamieszkują głównie tundrę arktyczną i subarktyczną. Występują w Ameryce Północnej, Europie, Azji. W Ameryce Północnej lęgają na Alasce, Kanadzie, najdalej na północy USA (Maine, Minnesota). W Europie – Skandynawia, Islandia, północna Rosja. W Azji – Syberia, północna Mongolia.
Zimą często wędrują na południe w poszukiwaniu pożywienia – można je spotkać w bardziej południowych regionach USA, Europy, Azji, a także Bliskim Wschodzie i Afryce Północnej.