Сизая длиннохвостая мухоедка (Polioptila caerulea) обитает в Северной Америке, в основном встречается в США и Мексике. Ее географическое распространение простирается от восточных и юго-западных районов США до частей Центральной Америки, включая северные регионы Центральной Америки, такие как Гватемала, в период вне гнездования.

Сизая длиннохвостая мухоедка обитает в лиственных лесах, смешанных лесах и кустарниковых зонах, предпочитая открытые леса с обильной подлеском. Обычно она встречается в зонах с теплым умеренным климатом, характеризующимся мягкими до жаркими летними и более прохладными зимами.

Этот вид занимает экологическую нишу насекомоядного, питаясь в основном мелкими насекомыми и пауками. Часто можно увидеть, как она ловко перемещается среди листвы, используя свои ловкие движения для захвата добычи. Сизая длиннохвостая мухоедка хорошо адаптирована к своей среде обитания, процветая как в нарушенных, так и в ненарушенных местах, и часто обитает на краях лесов или в колючих зарослях.