Василёк солнечный распространился из своего родного ареала в Евразии и Средиземноморье в Америку, остальную Европу, Африку и азиатские степи. Наибольшее распространение наблюдается в районах со средиземноморским или похожим климатом. Василёк солнечный является плодовитым производителем семян и лучше всего проникает на нарушенные земли – обочины дорог, пустыри и заброшенные земли. Иногда он вторгается в сельскохозяйственные культуры, а также в пастбища, снижая биоразнообразие и качество фуража. В настоящее время василёк солнечный присутствует в 41 штате США и официально признан вредным сорняком в 6 из них: Калифорнии, Орегоне, Вашингтоне, Айдахо, Юте и Нью-Джерси. В Канаде его можно найти в Альберте, Британской Колумбии, Онтарио и Саскачеване, хотя он там менее устойчив.