Xylorhiza tortifolia vit dans les plaines et sur les pentes des zones arides rocheuses du sud-ouest des États-Unis, où on peut parfois la rencontrer en bordure de route. A l'état natif, elle vit généralement au sein de la communauté végétale Larrea tridentata. Elle pousse entre 250 et 2 000 m d'altitude.
Son aire de répartition, assez réduite, ne couvre qu'une partie des États de la Californie, du Nevada, de l'Arizona et de l'Utah. Xylorhiza tortifolia est assez similaire à une espèce proche, Xylorhiza wrightii, qui pousse au Texas et au Mexique.