Hầu hết các loài cá heo phát triển mạnh ở vùng nước mặn ôn đới và nhiệt đới trên khắp thế giới, mặc dù một số loài, chẳng hạn như cá heo sông biến mất nhanh chóng, sống ở nước ngọt. Hầu hết cá heo nước mặn sống ở những vùng biển nông dọc theo thềm lục địa.
Mặc dù được tìm thấy chủ yếu ở các vùng nước ấm hơn trên khắp thế giới, nhưng môi trường sống của chúng rất đa dạng do khả năng tiếp cận thức ăn và các yếu tố môi trường. Các nhà khoa học phân loại cá heo mũi chai là sinh thái ven biển hoặc ngoài khơi. Cá heo ven biển phát triển mạnh ở vùng nước nông ấm áp và chúng thường được nhìn thấy ở các bến cảng, vịnh và đầm phá. Tuy nhiên, cá heo xa bờ lại thích nghi với việc sống ở những vùng nước lạnh hơn. Cá voi sát thủ, thuộc họ cá heo đại dương, sống ở vùng nước đóng băng ở các vùng Bắc Cực và Nam Cực cũng như các vùng biển nhiệt đới.
Loài cá heo phổ biến và quen thuộc nhất, mũi chai thông thường, được tìm thấy ở các vùng biển ôn đới và nhiệt đới trên toàn thế giới. Cá heo mũi chai là loài cá heo phổ biến nhất dọc theo bờ biển Bắc Mỹ nhưng sống phổ biến ở Thái Bình Dương. Nó cũng được tìm thấy ở Địa Trung Hải và Biển Đen. Cá heo mũi chai bị giới hạn ở những khu vực có nhiệt độ nước mặt từ 10 đến 32 độ C.
