Der Trauermantel ist weltweit primär in Gebieten mit vorherrschend kontinentalem Klima vertreten.
Kontinentales Klima ist mit langen und kalten Wintern verbunden. Es folgt ein kurzer Frühling, ein trocken-warmer Sommer und ein wiederum kurzer Herbst.
Gebiete mit kontinentalem Klima herrschen auf der nördlichen Hemisphäre in den Breiten zwischen 45º und 65º im Innern und an der Ostseite der Kontinente.
In der südlichen Hemisphäre fehlt dieser Klimatyp gänzlich - und ebenso der Trauermantel.
Der Falter findet sich somit auf den folgenden Kontinenten:
- (Nord-) Amerika
- Europa
- Asien
Die dunkle Flügelfarbe des Trauermantels und seine Vorliebe mit ausgebreiteten Flügeln Sonnen zu baden (z.B. auf Wegen oder Baumstämmen), erlaubt es dem Falter gerade in Gegenden mit kühlerem und montanem Klima leben zu können 
.
Der Trauermantel ist im Norden Amerikas bis hinunter nach Venezuela verbreitet .
Die dortigen Gebiete mit kontinentalem- und Gebirgsklima decken sich in etwa mit dem Verbreitungsgebiet des Falters.
Der Trauermantel ist in Europa von Nord-Portugal/Nord-Spanien nach Norden hin ohne die Britischen Inseln und Nordwest Skandinavien verbreitet. In den Alpen findet man ihn bisweilen auf Höhen über 2000m . Er fehlt auf den meisten Mittelmeerinseln. Östlich erstreckt sich die Verbreitung durch die gemäßigte Zone Asiens.
In Westeuropa bildet der Übergangsbereich zwischen ozeanischen (hier: atlantischem) und kontinentalem Klima in etwa die Grenze der Ausbreitung des Falters.
Obwohl er stellenweise häufig sein kann, sind die Populationen in den letzten Jahrzehnten insbesondere in Mitteleuropa stark zurück gegangen.
Schweden ist eins der wenigen europäischen Länder, in denen es in den letzten 25 Jahren zu Zunahmen in den Populationen und dem Verbreitungsgebiet kam. In Südskandinavien kam es gelegentlich sogar zu Populationsexplosionen.
In den Niederlanden gilt der Falter mittlerweile trotz gelegentlicher Einwanderungen (siehe Forschung bzgl. der Invasionen durch den Trauermantel) als ausgestorben.
In Belgien, Luxemburg und Rumanien gab es in den letzten 25 Jahren Einbrüche bei den Individuenzahlen von über 75%.
In Österreich und im europäischen Teil der Türkei war der Rückgang im gleichen Zeitraum 50-75% (Daten sämtlich aus Asher ).
Die Verbreitung des Trauermantels erstreckt sich östlich von Europa durch das gesamte Asien bis nach Japan. Über natürliche Vorkommen auf Kamtschatka gibt es unterschiedliche Berichte.