В природе каттлеи обитают в трех основных географических регионах в тропических лесах Южной и Центральной Америки: в Мексике и Гватемале, в северной части Южной Америки от западных Кордильеров до Колумбии и Британской Гвианы, и в южной Бразилии. В этих трех больших регионах обитает большинство видов каттлей за исключением незначительного количества видов, найденных в Панаме, Коста-Рике, Сальвадоре и Гондурасе.
Как и большинство орхидей, каттлеи являются эпифитами, растениями, произрастающими на стволах деревьев, использующими их в качестве опоры. Такой необычный способ существования дает возможность каттлеям подняться ближе к свету и не затеряться во мраке под пологом тропического леса. Каттлеи обвивают стволы деревьев мощными корнями, при помощи которых получают воду дождей, туманов, рос и влажного воздуха. Есть каттлеи, произрастающие литофитно на камнях и скалах. Как и живущие на деревьях, растения, произрастающие на скалах, используют их в качестве опоры.
Большинство каттлей обитают в горах на значительной высоте, в умеренном климате. Такие условия произрастания оказывают большое влияние на их циклы развития, предполагая влажный период, когда растения растут, и сухой период, когда растения находятся в состоянии покоя. Не только температура воздуха, но и продолжительность светового дня, а также интенсивность освещения влияют на развитие растений.