含有Fe2+的泉水或地表水暴露在空气中时，Fe2+很容易通过快速生物氧化作用形成水铁矿。如流动泉水相邻矿床表面、含有高浓度Fe3+的管道中、淡水湖泊湖岸附近、水井、海水沉积物和作为作为覆盖物包被在的河流卵石表面。

土壤中铁氧化物矿物类型、含量和结晶特性变化很大，取决于成土环境条件，并随着时间和空间变化而变化。土壤中的水铁矿大部分来自矿物风化，但不稳定，在热带、亚热带气候下转变为赤铁矿，在潮湿温带气候下转变为针铁矿。水铁矿和针铁矿在土壤中可以共存，但二者的形成顺序还不清楚，有可能同时形成。水铁矿常作为某些土壤成分被检测，如灰土和黄土。水铁矿的高吸附容量影响着土壤中营养元素的形态和分布。此外，水铁矿吸附有机物会提高它的溶解性从而降低土壤粘结性和稳定性。

红色岩层中部分赤铁矿来自水铁矿的转化。微粒状水铁矿迁移到淀积区域，当出现干湿交替和一个低碳环境条件时便自发转变成赤铁矿。

某些特定陨石中存在水铁矿，且含水铁矿的硅酸盐粘土可能与火星土壤类似。水铁矿是钢铁腐蚀的常见产物，也常用于多种工业领域，如煤液化催化剂、重油浓缩过程的悬浮液相和冶金过程等。以其小尺寸和高分散的特性，水铁矿在这类应用过程中一般比其他铁(氢)氧化物更高效。