Ocelot wielki występuje w Ameryce, zamieszkując w zależności od podgatunku: L. pardalis pardalis – południowy Meksyk przez Amerykę Środkową; L. pardalis mitis – Ameryka Południowa od Kolumbii przez Gujanę, Andy i Amazonię, na południe do północnej Argentyny; granice z podgatunkiem nominatywnym pardalis są niepewne, a ten podgatunek może sięgać dalej na północ do Ameryki Środkowej.
Ekologia thumb|left|Ocelot poluje i przemierza lasy zwłaszcza w nocy Ocelot wielki, ciesząc się szerokim zasięgiem występowania, zasiedla siłą rzeczy różnorodne siedliska tropikalne i podzwrotnikowe. Na północy sięga gęstego ciernistego chaparralu na południu Teksasu. W Belize zamieszkuje wilgotne podzwrotnikowe lasy. W Peru zajmuje niskie lasy nadrzeczne, zroszone obfitymi opadami deszczu. W Wenezueli zamieszkuje lasy galeriowe i tereny porosłe drzewami i krzakami, także kolczastymi krzewami i sawanny. W Brazylii zasiedla częściowo zrzucające liście lasy i sezonowo zalewane bagniska Pantanalu aż do lasów podzwrotnikowych na południu tego kraju. Bytuje w lasach iglastych, górskich i wtórnych. Jednakże w każdym z tych siedlisk ocelot wielki zależny jest od gęstej pokrywy roślinnej.