Gråtrosten hekker i de nordlige delene av Europa, fra helt nord i Skandinavia til sydøstlige Frankrike, nordlige Italia, Slovenia, Kroatia, Russland, nordlige Ukraina, deler av Kaukasus og øst til elven Aldan i Sibir. Siden 1937 hekker den også helt syd på Grønland. De fuglene som hekker i den nordligste delen av utbredelsesområdet trekker gjerne sørover om vinteren. Den er en vanlig vintergjest i Storbritannia og Irland, selv om den sjelden hekker der.