Шмели обитают на всех материках, кроме Антарктиды. В Северном полушарии они распространены преимущественно в умеренных широтах, но ареал обитания некоторых видов заходит за Полярный круг (например, шмель полярный (лат. Bombus polaris), шмель северный (лат. Bombus heperboreus)). Они встречаются в тундре, на Чукотке, Аляске, Новой Земле, Шпицбергене, Гренландии и на других арктических островах, находящихся менее чем в 900 км от Северного полюса. Шмелей можно встретить высоко в горах — в альпийских лугах, у самых границ ледников всех основных горных систем мира (шмель лапландский (лат. Bombus lapponicus), шмель балтийский (лат. Bombus balteatus) и т.д.). Предпочитая более прохладные места, шмели редко встречаются в тропиках: 2 вида в Амазонии (Bombus atratus и Bombus transversalis) и несколько разновидностей в тропической Азии. В Южной Америке, кроме Амазонии, они широко расселены в умеренных широтах. На Северо-западе Африки живет земляной шмель (лат. Bombus terrestris), а на юге, в жарких пустынях и в тропиках представителей рода шмелей нет. Шмели обитают во многих районах Азии. Считается, что Азия — это родина всех пчел.
В начале ХХ века подземных (лат. Bombus subterraneus) и садовых шмелей (лат. Bombus hortorum) завезли из Англии в Австралию и Новую Зеландию для опыления клевера. В Новой Зеландии в настоящий момент летают несколько видов шмелей (Bombus terrestris, Bombus hortorum, Bombus subterraneus, Bombus ruderatus). В Австралии шмели обитают лишь в штате Тасмания, и их запрещено интродуцировать в другие штаты или ввозить из других стран.
Шмели — самые холодостойкие представители семейства настоящих пчел. Способность шмелей выживать в холодных районах и их нелюбовь к жарким тропикам связаны с особенностями их терморегуляции.
Температура тела шмеля может достигать 40 градусов, превышая температуру окружающей среды на 20-30 градусов. Это повышение происходит благодаря тому, что шмель быстро сокращает мышцы груди, не двигая крыльями. Это как раз и становится источником громкого жужжания, исходящего от насекомого. То есть когда шмель гудит или жужжит, он согревается. Прекращая двигаться, насекомое начинает остывать.
