Het verspreidingsgebied van bittervoorn strekt zich uit van Nederland tot aan de Kaspische Zee, waarbij de soort niet voorkomt op de door zee omringde eilanden, Scandinavië, Spanje, Italië en Griekenland. Er zijn onderzoeken die erop duiden dat het verspreidingsgebied ooit beperkt was tot stroomgebieden aan de noordkant van de Zwarte zee. De bittervoorn is mogelijk met karpertransporten in de middeleeuwen over Europa verspreid zijn. In Nederland komt de soort voor in de plantenrijke oevers van de uiterwaardwateren van het rivierengebied, poldergebieden en de benedenlopen van riviertjes en beken.