Het verspreidingsgebied van bittervoorn strekt zich uit van Nederland tot aan de Kaspische Zee, waarbij de soort niet voorkomt op de door zee omringde eilanden, Scandinavië, Spanje, Italië en Griekenland. Er zijn onderzoeken die erop duiden dat het verspreidingsgebied ooit beperkt was tot stroomgebieden aan de noordkant van de Zwarte Zee. De bittervoorn is mogelijk met karpertransporten in de middeleeuwen over Europa verspreid zijn en zo ook in Nederland terecht gekomen. Dit zou ook verklaren dat de soort Groningen en Drenthe niet heeft bereikt. De kern van de verspreiding in Nederland ligt in Noord-Holland, Zuid-Holland, Utrecht en langs de grote rivieren.