Der Zitronenzeisig brütet nur in Europa. Die wichtigsten Vorkommen liegen in den Alpen, den Pyrenäen und einigen nord- und zentralspanischen Gebirgen. Er bevorzugt lichte Bergwälder, die vor allem an der Waldgrenze und auf Waldweiden zu finden sind. In milden Wintern ist der Gesang bei uns schon ab Mitte Februar zu hören, wenn der Zitronenzeisig aus den südfranzösischen und spanischen Überwinterungsgebieten zurückgekehrt ist. Bis in den Mai hinein können die Vögel wegen später Schneefälle vorübergehend auch in tieferen Lagen oder im Talgrund angetroffen werden.