Arten har en nordlig utbredelse som nesten er sirkumpolar. Dvergfalken hekker fra Island og De britiske øyer i vest, østover gjennom Skandinavia og Baltikum og gjennom Asia til Nord-Amerika. På Grønland og tilstøtende deler av Canada mangler den. Størstedelen av dvergfalkene i verda er trekkfugler. Den norske hekkebestanden kan være på om lag 2000 – 6000 par. Dvergfalken er utbredt over det meste av Norge, fra kyst til snaufjell. I de store sammenhengende barskogene og i jordbruksbygdene i lavland på Østlandet og Sørlandet hekker arten stort sett ikke. På Vestlandet hekker arten fåtallig. Beste hekkeområda finner fuglen i frodige område i bjørkebeltet nær vann og vassdrag. Snauhogst har gitt arten bedre kår i lavlandet. Fuglene vil helst ha åpne steder som heier, myr, sætervoller, strandenger og elveløp.