On le rencontre surtout dans les forêts de feuillus qui en comportent différentes espèces, mais il vit aussi dans les parcs et les boqueteaux.
Le gros-bec est présent dans toute l'Europe, toute l'Asie (sauf l'Asie du Sud-Est) le Maghreb, l'Égypte, la Libye, et aussi en Alaska.
Le gros-bec peut vivre environ 10 ans.
Le gros-bec se nourrit principalement de noyaux et de graines qu'il décortique avec son bec très puissant grâce à la musculature impressionnante de ses mâchoires, car il faut une pression énorme pour casser un noyau. Mais au printemps lorsque les graines viennent à manquer, il change de régime alimentaire, devenant insectivore et se nourrit volontiers de chenilles et de cerfs-volants qu'il attrape au vol.
Il est arboricole et préfère les charmes, les hêtres et les érables pour établir son nid. Les gros-becs se regroupent souvent en colonies pour nicher, et chaque couple défend un petit morceau de territoire.
Son nid - dont le site est choisi par le mâle et les fondations construites aussi par lui - est situé au moins à plus de 3 m du sol. Il est en forme de coupe et la femelle y apporte des radicelles, du poil et du crin.
Une fois le nid achevé la femelle y dépose 4 à 7 œufs d'environ 2 cm de long et dont la teinte va du gris-bleu au vert pâle. Mais la couleur et les motifs (taches, stries...) de la coquille sont assez variables.
Le gros-bec produit normalement une couvée par an, mais dans les milieux où il se plaît cela lui arrive de faire une deuxième couvée dans l'année.
L'incubation des œufs dure une dizaine de jours. C'est la femelle qui couve tandis que le mâle la ravitaille au nid.
À l'éclosion les poussins sont recouverts d'un long duvet blanc très épais. Les parents les nourrissent d'insectes, mais principalement de chenilles. Les parents peuvent en porter une douzaine à la fois.
Au bout d'une douzaine de jours, parfois moins, les jeunes quittent le nid mais restent à proximité et sont nourris par les adultes encore pendant 15 jours.
D'après Alan P. Peterson, il existe six sous-espèces de gros-bec casse-noyaux :
Le gros-bec n'est pas facile à recenser vu qu'il est très farouche et donc difficile à observer. Il semble néanmoins que les populations aient diminué ces dernières années.