O Tarbosaurus bataar é nativo da Ásia Central, especificamente encontrado na região que hoje é a Mongólia. Fósseis dessa espécie foram principalmente descobertos na Formação Nemegt do Deserto de Gobi.

O Tarbosaurus bataar habitava ambientes semiáridos a áridos típicos do período Cretáceo Tardio. A região era caracterizada por um clima quente com variações sazonais, incluindo períodos de chuva e seca. A paisagem consistia em uma mistura de planícies aluviais de rios, florestas e áreas abertas.

O Tarbosaurus bataar ocupava o nicho ecológico de um predador de topo, semelhante ao seu parente Tyrannosaurus rex. Provavelmente caçava grandes dinossauros herbívoros que compartilhavam seu habitat, utilizando seu tamanho maciço e mandíbulas poderosas. As adaptações da espécie sugerem que era bem adaptado para caçar no terreno variado de seu ambiente.