L’ambroisie à feuilles d’armoise est une espèce pionnière, opportuniste et peu compétitive. Elle s'installe, au début du printemps, dans toutes les terres dénudées, en particulier les terres agricoles préparées pour les semis.

Thermophile et nitrophile, elle s'installe préférentiellement dans les endroits chauds et offrant une bonne alimentation en azote.

La répartition d’Ambrosia artemisiifolia L. est liée aux principaux caractères écologiques attribués à cette espèce :
- faible compétitivité : elle ne se développe que sur des sols nus, abandonnés, privés de végétation, et elle apparaît plutôt tardivement, début mai.
- elle se développe abondamment sur les sols sablonneux mais est capable de pousser sur les terrains argileux.
- en général elle ne s’installe pas en altitude et n’est que rarement rencontrée en montagne. Toutefois, des observations récentes ont permis de la localiser jusqu'à 1 400 m d'altitude dans le massif du Ventoux. Il s’agirait alors de « contaminations » accidentelles.

On considère souvent Ambrosia artemisiifolia L. comme une espèce à faible compétitivité qui se contente des espaces dédaignés par la majorité des autres espèces végétales. Les habitats les plus souvent cités sont : décombres et décharges, champs sur sol riche en éléments nutritifs dans les endroits éclairés, chauds et modérément secs, bords des cours d’eau,...
En première année de présence, elle pousse en abondance, mêlée aux armoises, aux orties, aux chénopodes, aux amarantes, et aux érigerons dans les terrains vagues, les jachères, les décharges publiques.

Sur les terrains agricoles elle croît dans les chaumes, les champs de maïs, et surtout dans les champs de tournesol, sur des sols graveleux, sableux, silico-argileux ou limono-argileux, souvent acides et frais.

Les années suivantes, l'existence d'un couvert végétal au printemps du fait de la présence d'espèces germant à l'automne, réduit la lumière disponible et empêche la germination de l'ambroisie. Celle-ci disparait donc assez rapidement d'une année sur l'autre, mais ses graines stockées dans le sol conservent leur capacité de germination pendant plusieurs années. L'ambroisie réapparaîtra donc immédiatement si une intervention quelconque (culture, travaux, mouvements de terre...) élimine le couvert végétal.

En Rhône Alpes, l'ambroisie est extrêmement répandue, envahissant largement les bords de route où elle forme parfois une bordure continue à la limite de la surface goudronnée. Les plants d’Ambroisie qui croissent sur les bords des routes diffèrent remarquablement de ceux observés dans d’autres habitats. Si généralement cette plante atteint 50 à 70 cm de hauteur, les plants des bords de routes ont une taille très réduite (10 - 15 cm). Ceux-ci montrent une très forte densité allant jusqu’à 500 - 600 pieds / m². Cette taille est due aux conditions défavorables que ces plantes rencontrent (substrat souvent pauvre et compact, forte exposition au soleil et au vent, agressivité des polluants des véhicules et du sel souvent épandu en hiver contre le gel, etc.).

A partir des « colonies initiales », la diffusion des graines se fait surtout par l’homme (antropochorie). Celui-ci y a certainement contribué passivement ou activement par les différents moyens de transports (on note souvent une diffusion élective le long des routes et des voies de communications : routes, voies ferrées, fleuves...).
La dissémination spontanée (autochorie) n’explique pas la large diffusion et les distances parcourues dans beaucoup de régions. Les oiseaux pourraient également avoir un rôle dans cette diffusion (ornithochorie).