De verspreiding van de poelkikker beslaat vooral het centrale deel van Europa. In het oosten komt de soort voor tot het stroomgebied van de Wolga. De zuidgrens loopt door Zuid-Frankrijk, Noord-Italië, de noordelijke Balkan, Zuid-Oekraïne en via de kust van de Zwarte Zee oostwaarts tot aan het Oeralgebergte op 59˚O (Kuzmin 1999). Nederland vormt de uiterste noordwestgrens van zijn areaal. De noordgrens verloopt verder door Duitsland, Polen, de Baltische Staten en oostwaarts door Rusland. Mogelijk heeft Groot-Brittannië tot 1999 een autochtone populatie gekend (Beebee & Griffiths 2000, Zeisset & Beebee 2001). Ierland, het Verenigd Koninkrijk (op introducties na) en het grootste deel van Scandinavië en Zuid-Europa worden niet bewoond.

De poelkikker komt vooral voor beneden de 600 meter boven zeeniveau. In zeldzame gevallen (bv. in Oostenrijk) wordt een hoogte van 1550 meter bereikt (Cabela & Tiedemann 1985, Gasc et al. 1997).