แมวดาวเป็นแมวป่าในเอเชียที่มีเขตกระจายพันธุ์กว้างขวางที่สุดชนิดหนึ่ง พบใน 21 ประเทศตั้งแต่ตะวันตกของปากีสถาน ทั่วเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ จนถึงตะวันออกของเกาะชวา บอร์เนียว และกลางหมู่เกาะฟิลิปปินส์ และเหนือสุดถึงแมนจูเรีย

แมวดาวอาศัยได้ในพื้นที่หลายชนิด เช่นป่าละเมาะ ที่ราบกึ่งทะเลทราย ป่าชั้นสอง ป่าทึบ และพื้นที่เพาะปลูก ในแถบเอเชียตะวันออกเฉียงเหนือมักพบตามป่าสน โดยเฉพาะป่าเปิดที่มีไม้ล้มจำนวนมาก แมวดาวค่อนข้างชอบป่าชั้นสองมากกว่าป่าดึกดำบรรพ์ ทนการรบกวนจากมนุษย์ได้ดี จึงพบได้แม้ในป่าที่มีการทำไม้ บริเวณใกล้หมู่บ้าน และพื้นที่การเกษตรอย่างสวนยาง สวนปาล์ม หรือไร่กาแฟ ชอบอยู่ใกล้แหล่งน้ำ ไม่ชอบอาศัยในพื้นที่ที่มีหิมะปกคลุมหนาเกินกว่า 10 เซนติเมตร และไม่พบในทุ่งหญ้าสเต็ปป์ที่หนาวเย็น และไม่ชอบที่ ๆ แห้งแล้งมาก ๆ อยู่ได้ตั้งแต่ที่ราบต่ำจนถึงบนเทือกเขาหิมาลัยที่ระดับความสูงถึง 3,000 เมตร

แมวดาวพบได้แม้ในเกาะที่อยู่ห่างไกล เช่นที่เกาะเชจู และเกาะเล็ก ๆ ของเกาหลีใต้ เกาะสึชิมะของญี่ปุ่น และเกาะเล็ก ๆ ของสุมาตรา ไทย เวียดนาม จีน และอินเดีย แมวดาวที่อาศัยอยู่ในเกาะเหล่านี้มักมีสีคล้ำกว่าที่อื่น

ในเกาะสึชิมะของญี่ปุ่น แมวดาวมีพื้นที่หากิน 0.83 ตารางกิโลเมตร ส่วนในป่าที่แห้งแล้งในเมืองไทย มีพื้นที่หากินระหว่าง 1.5-7.5 ตารางกิโลเมตร แต่จะใช้พื้นที่หากินหลักอยู่ระหว่าง 0.7-2 ตารางกิโลเมตร