Közép-Ázsia és Kelet-Európa sztyeppvidékén terjedt el. A kis tűzlepke hazánk területén általánosan elterjedt, széles ökológiai toleranciát mutat, mivel vízfolyások mentén, árokpartokon, tocsogós kaszálókon éppúgy megtalálható, mint karszt-bokorerdők tisztásain, homokpusztákon vagy szikes legelőkön. Országos szinten állományainak egyedszáma a megfigyelések szerint talán kissé alacsonyabb, mint a nagy tűzlepke esetében, illetőleg jellemző rá a lokálisabb előfordulás, noha élőhelyein akár közönséges is lehet. Előnyben részesíti a melegebb mikroklímájú biotópokat, noha időnként akár hűvösebb lápokban is megjelenik. Az Alföld területén igen széles körben elterjedt, összességében gyakori állat. Jellemzően három, melegebb években akár négy nemzedéke is kifejlődik, ezért áprilistól októberig nagyjából folyamatosan láthatóak példányai. Hazai állományai nemzetközi szinten is értékesek, hiszen a faj hazánktól nyugatra már kifejezetten ritka.