Występowanie W sezonie lęgowym zamieszkuje prawie całą Europę, zachodnią i środkową Azję oraz północno-zachodnie krańce Afryki, od Oceanu Atlantyckiego po środkową Syberię. Wędrowny, migruje na duże odległości ze względu na pokarm. Zimuje w Afryce Subsaharyjskiej – od wybrzeży Afryki Zachodniej i obszarów na północ od równika po południowe krańce kontynentu. Przeloty od kwietnia do maja i od sierpnia do września.
W Polsce średnio liczny ptak lęgowy w całej niżowej części kraju od kwietnia do września, rzadko spotykany jedynie w górach (do 1100 m n.p.m.). Największe zagęszczenie notuje się w starych parkach i zadrzewieniach osiedli ludzkich. W pierwotnej części Puszczy Białowieskiej wynosi ono od dziesiątych części jedności do ok. 2,5 pary lęgowej na 10 ha powierzchni, w zagospodarowanych lasach 5–10 par, a w starych poznańskich parkach nawet do 7 par na 10 ha. Liczniejsze obserwacje notuje się jesienią na Wybrzeżu, choć nawet wtedy nie tworzą większych koncentracji, a jedynie małe rodzinne stadka. Ostatnie muchołówki odlatują w październiku i nie podejmują prób zimowania w kraju.