L’épilobe en épi est répartie sur tout l'hémisphère nord : Asie, Afrique, Amérique du Nord et Europe
En France, l’épilobe en épi est commun en moyenne montagne dans les espaces forestiers ouverts. Il apparaît en grand nombre après les coupes de bois, puis se raréfie à mesure que la forêt se referme. L'espèce pénètre peu dans le midi, mais est présente jusqu'en basse Provence en (ubac) des massifs de la Sainte-Baume et de la montagne Sainte-Victoire. Elle y est cependant très rare puisque la Sainte-Baume ne compte qu'une vingtaine d'individus en deux stations vers 800 m d’altitude dans la hêtraie ; elle est encore plus rare à la Sainte-Victoire. On a découvert en (mai 2004) une quinzaine de pieds vers 740 m d’altitude dans un vallon frais au-dessus du Delubre.
En 1793, elle permit au botaniste allemand Christian Konrad Sprengel d'imaginer la théorie de la pollinisation des plantes par les insectes (allogamie)
Les fleurs sont comestibles, mais n'ont pas beaucoup de goût.