Les individus sauvages fréquentent une grande variété de zones humides de la région paléarctique. L'oie cendrée niche principalement dans le Nord et l'Est de l'Europe (Islande, Écosse, Scandinavie, Allemagne, Pologne), en Turquie sur les bords de la mer Noire, en Russie (Sibérie de l'Ouest) et jusqu'en Chine. Quelques individus nichent cependant en France, notamment en Alsace, baie de Somme, Brière et au Parc ornithologique du Teich ; ces populations résultent d'introductions. On en trouve également dans le sud de l'Amérique du Sud. Cette espèce a aussi été introduite dans les îles Malouines.
Ces oies, selon les populations, hivernent aux Pays-Bas, dans le Sud de l'Europe et de l'Asie, jusqu'à l'Ouest de Afrique du Nord.
Dans certains pays où les populations sauvages sont en déclin, comme en Angleterre, il arrive que des individus domestiques revenus à la vie sauvage s'établissent et recolonisent la région.
En ce qui concerne les oies cendrées domestiques, on les trouve en Europe, Asie et Amérique du Nord essentiellement.
La population Nord-Ouest Européenne a un statut de conservation favorable et semble continuer (légèrement) à reconstituer ses effectifs (dernière estimation : 610.000 individus, selon l'ONCFS en 2009). Les migrations sont suivies par marquage (pose de colliers colorés à la base du cou, marqué d'une série de lettres et/ou chiffres faciles à observer aux jumelles), en Suède et Norvège depuis 1984 et depuis 1990 aux Pays-Bas Des marquages, mais moins nombreux ont été pratiqués aussi en Allemagne et République tchèque, et encore plus rares en France (Camargue) avant 2010. 6400 oiseaux marqués, et 250.000 contrôles visuels ont notamment montré que les populations suédoises et danoises transitent par la France en automne et au printemps, via le corridor de migration aviaire atlantique. Quelques oies néerlandaises ont aussi été observées en France à ces périodes.
Les ornithologues néerlandais ont intensifié leurs captures en 2009 (1000 oiseaux marqués) pour étudier les migrations des sous-populations. Les résultats 1990-2008 ont montré que ces oies sont en partie sédentaires et hivernent prés des sites de nidification, le reste migrant vers l'Espagne via la France.
En France, vers 1980, l'ONCFS a commencé un comptage hivernal annuel initié dans les années 1980, et participe à lancé un suivi de la migration prénuptiale dans l’ouest du pays. Les chiffres 1980-2005 montrent une migration prénuptiale de plus en plus précoce (indice possible de Dérèglement climatique). Ce travail se fait en lien avec un groupe d'experts (Goose Spécialists Group) du Wetlands International créé en 1995.
À l'état sauvage, cet oiseau vit dans des zones humides, souvent en bordure de marais, lacs, landes humides ou dans des zones d'estuaire comportant beaucoup de végétation. Pendant l'hiver, on peut aussi le rencontrer dans des chaumes, des prés et pâturages, voire dans des champs.
Les oies cendrées sauvages sont généralement migratrices, se déplaçant vers le sud et l'ouest en hiver, vers les îles britanniques, l'Espagne, le Portugal, les bords de la Méditerranée ou de la mer Noire, l'Afrique du Nord ou le Sud de l'Asie selon les populations. Mais certaines populations sauvages du nord-ouest de l'Europe (notamment les populations écossaises) ainsi que les populations d'individus marrons sont très souvent résidentes. Des individus et groupes isolés hivernent aussi sur les bords de la Baltique et dans le Nord de l'Allemagne.
Cette espèce migre vers ses quartiers d'hiver de septembre à début décembre. Le retour des oies cendrées se déroule de fin février à mars. Les haltes sont plus régulières lorsque ces oiseaux montent vers leurs sites de nidification que lorsqu'ils descendent vers leurs lieux d'hivernage.
Lors des déplacements migratoires, les oies ont tendance à voler bruyamment, en formation en V de 50 à 200 individus, quelques fois accompagnées d'autres oiseaux migrateurs comme les grues cendrées ou d'autres espèces d'oies. Même au sein des formations, les couples ne se séparent pas.