ニオブは地球の地殻における存在量で34番目の元素であるとされており、およそ20 ppm含まれているとされる。地球全体での存在度はより大きいと考えている者もおり、ニオブの高い密度のために地球のコアに濃縮されているとしている。ニオブの単体は自然界では発見されておらず、他の元素と化合して鉱物中に含まれている。ニオブを含む鉱物は、タンタルも含んでいることが多い。たとえば、コルンブ石 ((Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆) やコルタン ((Fe,Mn)(Ta,Nb)₂O₆) といったものがある。コルンブ石、タンタル石といった鉱物（最も一般的な種類はコルンブ石-(Fe)またはタンタル石-(Fe)）は、ペグマタイトの貫入やアルカリ性貫入岩の随伴鉱物として見つかることが最も多い。カルシウム、ウラン、希土類元素といったもののニオブ酸塩としても見つかる。こうしたニオブ酸塩の例としてはパイロクロア ((Na,Ca)₂Nb₂O₆(OH,F)) （現在ではグループに与えられた名前となっており、その中で一般的なものはフルオロカルシオパイクロア）、ユークセン石（正確にはユークセン石-(Y)）((Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)₂O₆) といったものがある。ニオブの大規模な鉱脈は、パイロクロアの構成物として、カーボナタイト（炭酸塩-ケイ酸塩火成岩）に関連して発見される。現時点で採掘されているパイロクロアの3大鉱床は、2つがブラジルに、1つがカナダにあり、どれも1950年代に発見され、なおもニオブ鉱石の主な供給源となっている。最大の鉱床は、ブラジルのミナスジェライス州アラシャにあり、カーボナタイトの貫入物に随伴したもので、CBMM（ブラジル冶金鉱業会社）が保有している。もう1つのブラジルの採掘中鉱床はゴイアス州カタラン近郊にあり、やはりカーボナタイト貫入物に伴うもので、洛陽欒川モリブデンが保有している。これら2つの鉱床で、世界全体の供給のおよそ88パーセントを生産している。ブラジルにはほかにも、アマゾナス州サン・ガブリエウ・ダ・カショエイラ近郊に大規模だが未採掘の鉱床があり、ロライマ州にあるものなど、より小規模な鉱床もいくつかある。ニオブの3番目の供給源は、カナダのケベック州チクーチミ近郊サントノーレにあるニオベック鉱山で、やはりカーボナタイトに伴うもので、マグリス・リソーシズが保有している。この鉱山では、世界全体の供給の7パーセントから10パーセント程度を生産している。
他に二元化合物として、低温で超伝導体となり、また赤外線検知器として用いられる窒化ニオブ (NbN) がある。主な炭化ニオブはNbCで、非常に硬く耐熱性のあるセラミックス材料であり、商業的には切削加工のバイトに用いられる。
ニオブの酸化物は酸化数+5（Nb₂O₅）、+4（NbO₂）、+3（Nb₂O₃）、そして珍しい酸化数として+2（NbO）がある。最も一般的な酸化物は五酸化ニオブで、ほとんどのニオブの化合物や合金の前駆体となる。ニオブ酸塩は、五酸化物を水酸化物イオンの溶液に溶かすか、アルカリ金属の酸化物に溶融させることで得られる。例としてニオブ酸リチウム（LiNbO₃）やニオブ酸ランタン（LaNbO₄）がある。ニオブ酸リチウムは三角形に歪められたペロブスカイト構造のような構造で、一方ニオブ酸ランタンは孤立したNbO3−4イオンを持つ。層状の硫化ニオブ (NbS₂) も知られている。摂氏350度以上でニオブ(V)エトキシドを熱分解して、化学気相成長または原子層堆積により酸化ニオブの薄膜で材料をコーティングすることができる。
『日本書紀』によると次のようなものである。推古天皇21年12月庚午朔（613年）皇太子が片岡（片岡山）に遊行した時、飢えた人が道に臥していた。姓名を問われても答えない。太子はこれを見て飲み物と食物を与え、衣を脱いでその人を覆ってやり、「安らかに寝ていなさい」と語りかけた。太子は次の歌を詠んだ。「斯那提流 箇多烏箇夜摩爾 伊比爾惠弖 許夜勢屡 諸能多比等阿波禮 於夜那斯爾 那禮奈理鷄迷夜 佐須陀氣能 枳彌波夜祗 伊比爾惠弖 許夜勢留 諸能多比等阿波禮」しなてる 片岡山に 飯（いひ）に飢（ゑ）て  臥（こ）やせる その旅人（たびと）あはれ 親無しに 汝（なれ）生（な）りけめや さす竹の 君はや無き 飯に飢て臥せる その旅人あはれ翌日、太子が使者にその人を見に行かせたところ、使者は戻って来て、「すでに死んでいました」と告げた。太子は大いに悲しんで、亡骸をその場所に埋葬してやり、墓を固く封じた。数日後、太子は近習の者を召して、「あの人は普通の者ではない。真人にちがいない」と語り、使者に見に行かせた。使者が戻って来て、「墓に行って見ましたが、動かした様子はありませんでした。しかし、棺を開いてみると屍も骨もありませんでした。ただ棺の上に衣服だけがたたんで置いてありました」と告げた。太子は再び使者を行かせて、その衣を持ち帰らせ、いつものように身に着けた。人々は大変不思議に思い、「聖（ひじり）は聖を知るというのは、真実だったのだ」と語って、ますます太子を畏敬した。『万葉集』には上宮聖德皇子作として次の歌がある。上宮聖德皇子出遊竹原井之時見龍田山死人悲傷御作歌一首（小墾田宮御宇天皇代墾田宮御宇者豐御食炊屋姫天皇也諱額田謚推古）「家有者 妹之手將纏 草枕 客爾臥有 此旅人[立心偏＋可]怜」家にあらば 妹（いも）が手纒（ま）かむ 草枕客（たび）に臥やせる この旅人あはれまた、『拾遺和歌集』には聖徳太子作として次の歌がある。しなてるや片岡山に飯に飢ゑて臥せる旅人あはれ親なし後世、この飢人は達磨大師であるとする信仰が生まれた。飢人の墓の地とされた北葛城郡王寺町に達磨寺が建立されている。