在原产地澳大利亚生长于海岸沼泽地至内陆地区 。海拔为0-30米。气候属温暖湿润气候型，也有温暖半湿润气候区。最热月份平均气温为27-30℃，最冷月份平均气温为4-11℃。自然分布区中，沿海地区为无霜区，但内陆分布区有时会有霜冻。年平均降水量为1000毫米，北部地区为夏雨型。南部地区为弱夏雨型。

粗枝木麻黄多出现在冲积扇土壤上，沙质或黏重土壤，土壤有良好营养元素提供，土壤多为酸性但也有碱性。引种后生长范围扩大，垂直分布延伸到900米，年降水量为500-4000毫米。在以色列干旱高盐的沙漠立地上也能生长。在泰国，粗枝木麻黄幼苗能耐含钙量极高的土壤，如含30%石灰石的土壤上仍能成林。在夏威夷，可种在风化的玄武岩上的风蚀坑内，在美国佛罗里达南部的石灰岩上也生长良好。粗枝木麻黄在纯石灰沙土上也同样生长良好，无论原产地或引种栽培后，粗枝木麻黄根蘖能力强，树根周围常有萌条出现。