Sabe-se que o Therizinosaurus cheloniformis viveu durante o período Cretáceo Superior, aproximadamente 70 milhões de anos atrás. Evidências fósseis sugerem que ele foi encontrado principalmente no que é hoje a Mongólia, especificamente na Formação Nemegt na região do Deserto de Gobi. Esta área fazia parte da massa de terra antiga conhecida como Ásia.

O ambiente da Formação Nemegt durante o Cretáceo Superior era caracterizado por um clima semiárido com chuvas sazonais. A paisagem incluía planícies de inundação, canais fluviais e possivelmente áreas florestadas, indicando um ecossistema diversificado com uma mistura de áreas abertas e vegetação. Tais condições teriam suportado uma variedade de vida vegetal, crucial para a dieta herbívora do Therizinosaurus.

Therizinosaurus cheloniformis ocupava um nicho ecológico único como um grande dinossauro terópode herbívoro. Ao contrário de muitos outros terópodes, que eram carnívoros, o Therizinosaurus estava adaptado para se alimentar de vegetação. Suas longas garras e alcance podem ter permitido acessar a vegetação em áreas mais altas, sugerindo uma estratégia alimentar especializada para explorar os recursos vegetais disponíveis em seu habitat. Essa adaptação teria ajudado a evitar competição direta com outros dinossauros herbívoros na região.