Su área de distribución natural es el Mediterráneo, ya que se encuentra en todos los países que lo bordean, pero sólo en las zonas con clima mediterráneo seco, por su característica de vegetación esclerófila. Cuando el clima es más lluvioso y de tipo atlántico, la sustituyen otras especies de Quercus, como los robles, quejigos o alcornoques. Así, en España, resulta ser la especie forestal que más territorio ocupa: unos 3 millones de hectáreas de encinares repartidos por toda la península y en las islas Baleares, excepto la franja costera cantábrica donde, sin llegar a ser rara, es mucho menos abundante que en el resto de la península. No obstante, en las zonas calizas de la citada franja costera, donde las características del suelo permiten unas condiciones suficientes de sequedad, llega a formar extensos bosques impenetrables, de árboles bajos y densamente enmarañados con plantas trepadoras espinosas. Estos bosques, denominados encinares cantábricos, son vestigios de una distribución más amplia de la encina en épocas de clima más cálido. Llegan a ser dominantes en estas regiones calcáreas litorales, y poseen unas características especiales por su condición de transición mediterráneo-atlántica y por estar ecológicamente aislados del resto de encinares mediterráneos.

Cultivadas las encinas se mantienen generalmente en dehesas, en las que se aprovechan sus bellotas para alimentar al ganado y su leña para hacer un excelente carbón. En estado natural, las encinas forman extensos y muy tupidos bosques junto con las demás especies típicas del bosque mediterráneo: jaras, cantuesos, madroños, brezos, durillos, cornicabras, retamas, y un largo etcétera según las zonas.

Además, estos bosques resultan ser el mejor hábitat para la fauna mediterránea, lo que los convierte en ideales cotos de caza e incluso en áreas de reserva naturales con mayor protección. También forma a menudo bosques mixtos, mezclándose como especie arbórea con otras, generalmente pinos (especialmente carrasco, piñonero y resinero) o enebros.​

El encinar es el principal ecosistema en varios espacios naturales protegidos: el parque nacional de Cabañeros y el de Sierra Madrona, ambos situados en la provincia de Ciudad Real, el parque nacional de Monfragüe y el parque natural del Tajo Internacional, ambos situados en la provincia de Cáceres, el Monte de El Pardo (Madrid) y el Carrascal de la Font Roja (Alicante).

• Corteza: las hojas son perennes y permanecen en el árbol entre dos y cuatro años, con una media de 2,7 años. Coriáceas y de color verde oscuro por el haz, y más claro y tomentosas por el envés, están provistas de fuertes espinas en su contorno cuando la planta es joven y en las ramas más bajas cuando es adulta, careciendo de ellas las hojas de las ramas altas. Por eso, cuando es arbusto, recuerda a veces acebo.2​ El envés de las hojas está cubierto de una borra grisácea que se desprende al frotarlas y por la que se puede distinguir fácilmente las encinas jóvenes de las coscojas, cuyas hojas carecen de ese vello y son de un verde vivo en el envés. Estas hojas, muy duras y coriáceas, evitan la excesiva transpiración de la planta, lo que le permite vivir en lugares secos y con gran exposición al sol, como la ribera mediterránea. La corteza es lisa y de color verde grisáceo en los tallos; se va oscureciendo a medida que crecen y, alrededor de los 15 o 20 años, se agrieta en todas direcciones, quedando un tronco muy oscuro, prácticamente negro.

La encina es, como el resto de las especies del género Quercus, una planta monoica, aunque presenta cierta tendencia a la dioecia (pies con preponderancia de flores masculinas o femeninas). Sus flores masculinas aparecen en amentos, densamente agrupados en los ramillos del año, primero erectos y finalmente colgantes, que toman un color amarillento, luego anaranjado y, al final, a la madurez, pardo. Se dan por toda la copa, aunque preferentemente en la parte inferior y en algunos ejemplares con más abundancia que las femeninas, por lo que estos pies son poco productores de frutos.3​ Las flores femeninas son pequeñas; salen aisladas o en grupos de dos, sobre los brotes del año y en un pedúnculo muy corto, presentando en principio un color rojizo y a la madurez un amarillo anaranjado. La floración se produce entre los meses de marzo a mayo, cuando la temperatura media alcanza los 20 °C y 10 horas de sol diarias, después de un periodo de estrés. La dispersión del polen es principalmente anemófila, y en menor medida entomófila, durando entre 20 y 40 días según las condiciones meteorológicas. La alogamia es el tipo de reproducción más frecuente, entre distintos individuos, aunque también es posible la autopolinización con flores masculinas del mismo individuo autogamia. Es frecuente que se produzca hibridación producida por factores como la alogamia, la separación de las flores y las condiciones climáticas.

• Bellotas de la encina o carrasca: las encinas se cultivan principalmente por sus frutos, las conocidas bellotas. Son unos glandes de color marrón oscuro cuando maduran (antes, lógicamente verdes), brillantes y con una cúpula característica formada por brácteas muy apretadas y densas, que los recubren aproximadamente en un tercio de su tamaño. Se distingue también de la coscoja la caperuza de las bellotas, ya que en ésta recubre el glande hasta la mitad y el exterior es punzante; no así en otras especies de Quercus, cuyas bellotas a veces son muy parecidas a las de la encina. Maduran de octubre a noviembre y algunos años incluso en diciembre, por lo que la caída de la bellota puede retrasarse hasta enero, aunque es poco frecuente. La edad mínima a la que comienza a producir está condicionada por las características medioambientales, situándose entre los 15 y los 20 años de la vida del árbol.

Como la inmensa mayoría de las fanerógamas, la encina establece relaciones simbióticas con diversos hongos del suelo formando micorrizas. Algunas especies de dichos hongos tales como las del género tuber (Tuber melanosporum, principalmente), son muy apreciadas en gastronomía. El alto valor de los mismos ha generado una industria en la que las encinas son inoculadas y sometidas a tratamientos culturales (tubericultura) para favorecer la formación del ascoma, que es la conocida trufa.

Su madera es muy dura e imputrescible, aunque difícil de trabajar, por lo que se emplea para fabricar piezas que tengan que soportar gran rozamiento, como en carros, arados, parquets, herramientas, etc., así como en pequeñas obras hidráulicas y en la construcción como pilares o vigas. Además resulta una excelente leña para quemar y para hacer carbón vegetal. Leña y carbón de encina constituían hasta el primer tercio del siglo XX los principales combustibles domésticos en amplias zonas de España.

La corteza cuenta con gran cantidad de taninos, por lo que es muy apreciada en las tenerías para curtir el cuero (especialmente utilizada en Marruecos), y junto con las hojas y bellotas machacadas se prepara un cocimiento que resulta ser astringente y útil para desinfectar heridas.

Las bellotas más dulces, además de alimentar al ganado, resultan comestibles para los humanos por lo que se comen a menudo tostadas como otros frutos secos, o en forma de harina para hacer un pan algo basto.