Spotykana w rzadkich, widnych lasach, głównie grądach (zwłaszcza subkontynentalnym) i buczynach, zwłaszcza nawapiennych, storczykowych, poza tym w dąbrowach świetlistych, kwaśnych dąbrowach podgórskich i borach mieszanych, a poza lasami w zaroślach, wśród ziołorośli i traworośli. W górach w wyższych położeniach w zaroślach kosodrzewiny oraz na halach, na trawiastych miejscach wśród skał. W Alpach dochodzi do wysokości 2650 m n.p.m.
W typologii siedlisk leśnych uznawana jest za charakterystyczną dla lasu mieszanego górskiego świeżego (LMGśw) i lasu mieszanego świeżego (LMśw).
Fitosocjologia W klasyfikacji zbiorowisk roślinnych Europy Środkowej gatunek charakterystyczny dla O. Fagetalia.
Genetyka Liczba chromosomów 2n=24.
Systematyka i zmienność W tradycyjnym podziale lilii Combera z 1949 lilia złotogłów zaliczana jest do zespołu I obejmującego krzyżujące się między sobą gatunki takie jak: lilia Hansona Lilium hansonii, lilia medeolowata L. medeoloides, lilia dwurzędowa L. distichum i lilia tsingtaueńska L. tsingtauense. Mieszańce uzyskano także z lilią bulwkowatą L. bulbiferum oraz z lilią drobną L. pumilum.
Odmiany ozdobne: Lilium martagon 'Album' – kwiaty woskowobiałe, kultywar nieco niższy od form dzikich, osiąga do 120 cm.