Der Polarfuchs hält sich zirkumpolar nördlich der Waldgrenze auf und ist in Nordeuropa (Skandinavien, Spitzbergen, Island), Nordrussland (Sibirien), Nordkanada, Alaska (USA) und Grönland verbreitet. Sein Habitat ist vor allem die Tundra, doch leben Polarfüchse sogar auf dem Packeis des Arktischen Ozeans; auf Nahrungssuche dringen Polarfüchse gelegentlich auch nach Süden in boreale Waldzonen vor. Generell sind Polarfüchse sehr beweglich und können auf der Suche nach einem neuen Revier große Strecken über Land und das Meereseis überwinden. Es liegen Berichte vor, wonach einzelne Polarfüchse Entfernungen von über 2.000 km hinter sich gebracht haben.
Der Polarfuchs lebt in erster Linie von der Jagd auf Lemminge und andere Nagetiere. Anstieg und Rückgang der Polarfuchs-Population hängen daher sehr eng mit Anstieg und Rückgang von Lemming-Populationen zusammen. Zu den Hauptbeutetieren des Polarfuchses zählen je nach Habitatregion der Berglemming (Lemmus lemmus), der Halsbandlemming (Dicrostonyx torquatus), der Sibirische Lemming (Lemmus sibiricus), die Sumpfmaus (Microtus oeconomus) und die Graurötelmaus (Myodes rufocanus). Nagernester und deren tunnelartige Zugänge vermag der Polarfuchs mit Hilfe seines sehr guten Geruchssinnes selbst durch dicke Schneeschichten aufzuspüren, und durch blitzschnelles Aufgraben sichert er sich so selbst im tiefsten Winter seine Nahrung. Im Sommer jagt er die Lemminge in der offenen Tundra.
Auch in der Arktis brütende Vögel und deren Eier und Küken stellen dann einen wichtigen Nahrungsbestandteil des Polarfuchses dar. An Küsten lebende Polarfüchse suchen die Strände nach angeschwemmten Kadavern, Fischresten und Schalenweichtieren ab. Als Begleiter von Eisbären und Polarwölfen machen sie sich über deren Beutereste her. In Zeiten der Überfülle werden Vorräte für Hungerperioden versteckt. Als Überlebenskünstler ist der Polarfuchs auch Aasfresser und verschmäht in der Not als Nahrung kaum eine tierische oder pflanzliche Substanz. Er frisst dann Insekten und Beeren, auch Erdhörnchen, Polarhasen, Schneehühner, sogar der Kot anderer Tiere wird vertilgt.