Zasięg występowania jest mniejszy niż u muchołówki żałobnej.
W Polsce muchołówka białoszyja jest średnio licznym ptakiem lęgowym głównie w południowej i wschodniej części kraju, lokalnie liczna. Do kraju przylatuje w kwietniu i na początku maja, a odlatuje na południe już w sierpniu lub wrześniu. Występuje głównie w Puszczy Białowieskiej (znajduje się tu ponad 50% polskiej populacji, choć i tu populacja zmalała) i Niepołomickiej, osiągając tam wysoką liczebność, Puszczy Piskiej i Boreckiej oraz na Dolnym Śląsku w dolinie Odry (Rezerwat przyrody „Zwierzyniec”), Pogórzu Przemyskim, Lesie Warmińskim, w Bieszczadach. Od lat 90. XX wieku wykrywano ponadto kolejne stanowiska lęgowe w Małopolsce i na Roztoczu. Obserwuje się stopniowy spadek liczebności w większości obecnych stanowisk, choć jednocześnie odnotowano rozszerzenie areału występowania w wyniku wycinania starych drzewostanów i migrowania na nowe tereny.