Vì động vật thân mềm là một trong những nhóm động vật đa dạng nhất trên hành tinh, chúng sống ở hầu hết mọi môi trường sống trên trái đất. Tuy nhiên, hầu hết được tìm thấy trong môi trường biển giữa khu vực nhiệt đới và ôn đới.
Động vật thân mềm biển thường sống xung quanh các rạn san hô, bờ đá hoặc bãi cát. Một số loài cũng được tìm thấy ở những nơi sâu nhất của đại dương, được gọi là vùng vực thẳm. Chúng cũng sống trên hoặc gần miệng núi lửa. Một số loài nhuyễn thể cực nhỏ thậm chí có thể sống giữa các hạt cát. Ví dụ về động vật thân mềm trên cạn bao gồm sên và ốc sên. Những loài này cũng được biết là sống trong môi trường nước ngọt.
