Eryops megacephalus é conhecido a partir de registros fósseis, principalmente na América do Norte, especificamente no que hoje é o sudoeste dos Estados Unidos. Esses fósseis são predominantemente encontrados nas camadas permianas do Texas e do Novo México.

Durante o período Permiano, as regiões onde Eryops vivia eram caracterizadas por um clima quente com variações sazonais. O ambiente provavelmente incluía extensas planícies de inundação, sistemas fluviais e áreas pantanosas, que eram propícias ao estilo de vida anfíbio do Eryops.

Eryops megacephalus habitava ambientes de água doce, como rios e pântanos, onde provavelmente assumia o papel de predador de topo. Seu corpo robusto e membros grandes sugerem que era bem adaptado a um estilo de vida semi-aquático, caçando peixes e outros organismos aquáticos, além de possivelmente aventurar-se em terra para caçar animais terrestres menores.