Rekiny wielorybie zamieszkują ciepłe wody tropikalne i subtropicalne na całym świecie. Występują w Oceanie Indyjskim, Atlantyckim i Spokojnym.
Typowe miejsca: Zatoka Meksykańska, Morze Karaibskie, wody przy Australii i Indonezji. Silnie migracyjne, często podążają za kwitnieniem planktonu przez baseny oceaniczne.