O Pachycephalosaurus wyomingensis era nativo do que hoje é a América do Norte, especificamente nas regiões que atualmente fazem parte dos Estados Unidos e Canadá. Fósseis foram encontrados principalmente na Formação Hell Creek, que abrange partes de Montana, Dakota do Sul, Dakota do Norte e Wyoming.

Durante o período Cretáceo Tardio, a região era caracterizada por um clima quente e subtropical. Incluía uma variedade de ambientes, como planícies de inundação, sistemas fluviais e planícies costeiras com vegetação abundante, incluindo coníferas, samambaias e plantas com flores.

Acredita-se que o Pachycephalosaurus wyomingensis tenha sido um dinossauro herbívoro, alimentando-se de uma variedade de plantas. Seu crânio espesso em forma de cúpula sugere que ele pode ter se envolvido em comportamento de cabeçadas, possivelmente para competição intraespécie ou defesa. A espécie provavelmente ocupava nichos dentro de áreas de bosque misto e áreas abertas onde podia se alimentar de vegetação.