Se encuentra en los arenales y en las dunas fijas de las costas del Atlántico y en las costas del Mediterráneo, a pleno sol y tolera bien periodos prolongados de sequía. Florece desde finales de junio, en julio y agosto, hasta septiembre, cuando la mayoría de las plantas ya han pasado su floración. Vive en las dunas costeras. Requiere suelo bien drenado aunque sea pobre, seco, árido, y exposición a pleno sol. La planta tiene la particularidad de poderse enterrar más profundamente para evitar la desecación, o bien de alargar sus tallos en caso de haber quedado muy cubierta de arena. La planta es polinizada por una polilla halcón llamada Agrius convolvuli. Estos insectos visitan la flor cuando la velocidad del viento es de dos metros por segundo. Cuando es mayor, las polillas no visitan la planta. Aunque la especie es polinizada de manera artificial durante el tiempo ventoso la polinización no es eficaz. Otro dato específico del lirio arena es que no es receptivo a su propio polen y la planta puede reconocerlo. Esta flor solo puede ser fértil con polinización cruzada.