Wilk szary zamieszkuje Azję oraz północne tereny Europy i Ameryki Północnej.
Najwięcej wilków żyje w Kanadzie (50 tys.), w Rosji (30 tys.) i na terenie Alaski (5–7 tys.). W Europie najwięcej wilków występuje w Rumunii (ok. 2,5 tys.). Spotykane są też one na Półwyspie Skandynawskim, w Polsce, Ukrainie, Słowacji, we Włoszech i w innych krajach.
W Polsce najwięcej wilków żyje w województwach: podkarpackim, małopolskim, podlaskim, warmińsko-mazurskim, a także w niewielkiej liczbie na terenie innych województw. Największą ostoją wilków są Karpaty i Pogórze Karpackie (194–214 osobników), następnie Roztocze (72–93 osobniki) oraz puszcze północno-wschodniej Polski (172–211 wilków)[4]. Tereny na zachód od Wisły są zasiedlane przez wilki w dużym rozproszeniu, i poza wilkami z Puszczy Noteckiej, gdzie bytuje ich kilka, nie ma tam stałej populacji tych zwierząt. Ciągle występuje też proces migracji, który powoduje, że wilki pojawiają się na terenie Polski zachodniej, jak i przechodzą z Polski na teren Niemiec. Dawniej do Polski swobodnie przechodziły wilki z obszaru Słowacji, Ukrainy czy Białorusi. Obecnie ich wędrówki są znacznie ograniczone dużymi obszarami, na których wilki wytępiono. W niewielkim stopniu migracje takie prawdopodobnie nadal zachodzą[3].
Do niedawna liczbę polskich wilków szacowano na 1070[8] osobników wilka europejskiego (Canis lupus lupus), jednak rozpoczęta w 2000 na terenie północno-wschodniej Polski, a od 2001 ogólnopolska inwentaryzacja zwierząt wykazała, iż liczba ta jest zawyżona. Z przeprowadzonych przez naukowców i leśników badań wynika, że w 2001 roku w Polsce było 463–564 wilków[9]. Różnice szacunków wynikły z metodyki i skali badań. Wcześniej analizowano znacznie mniejsze jednostki przestrzenne, co w połączeniu z faktem, iż wilki zajmują dość znaczne terytoria, owocowało kilkakrotnym liczeniem tych samych osobników. W tych samych badaniach stwierdzono, że na zachodzie Polski populacja wilków wyraźnie maleje, co przypisuje się kłusownictwu oraz ograniczeniom w swobodnym przebywaniu większych przestrzeni spowodowanym m.in. przez drogi szybkiego ruchu czy obszary zabudowane.