Ce papillon vivait de l’Europe occidentale jusqu’au Japon.
Il semble en voie de régression sur une partie de son aire naturelle de répartition, et a fait l'objet de réintroductions au Royaume-Uni.
L'espèce est en forte régression, suite au recul de ses habitats.
Une expérience conduite dans le Kent (Wildwood) montre que la réintroduction du castor européen qui ouvre des milieux dans les forêt, en recépant les arbres à proximité de sa hutte peut être favorable au retour de sa plante-hôte et par suite du mélitée du mélampyre (Dans cette expérience, le mélampyre des bois a réapparu, s'exprimant à partir de la « banque de graine » du sol qui a pu s'exprimer suite à la mise au soleil du sol. Le papillon s'est spontanément installé sur la zones où le castor s'est nourri en coupant quelques arbres. Ce seul site abriterait (mi 2008) selon le directeur du Wildwood la majeure partie de toute la population anglaise de ce papillon. L'expérience est conduite avec English Nature).