連續分布的現世台灣杉族群，係隨伴著活化石水杉的發現，出現於中國之湖北與四川邊界地區，位於利川縣之齊岳山與武陵山之交匯處。此一水杉植物相所在地已發現至少有五百多種植物，其中多數為第三紀孑遺植物與東亞特有種，包括水杉、台灣杉、杉木、油杉、金錢松與銀杏等。此外於1978年在貴州東南部也有台灣杉之紀錄。至此更可確認台灣杉為水杉古植物相的成員之一，但其化石的分布不若水杉或長葉世界爺之普遍。

台灣杉之化石除高緯度之Spitsbergen外，僅見於東北亞，尚未發現於北美洲與歐洲，存活植物則限於亞洲南部北緯22°30’-30°10’間之山地，以台灣之族群為大宗。三木茂比較東亞與北美若干化石之形態與組成，認為自第三紀以來東亞之氣候較北美潮溼多雨，有利於喜潤溼性孑遺物種之保存，台灣杉在台灣主要出現於山區之盛行雲霧帶，可見其偏好溫暖潮溼之環境。

最近在2001年又有一小群台灣杉被發現於越南北部的老街省山區，零星的樹也見於附近的村落，因台灣杉在各地曾有若干引種栽培之記錄，越南之族群是否為人工栽培有必要考證，經國際動植物保護協會派員到當地調查，確認當地之台灣杉為天然分布，其生育地緯度與台灣南部之雙鬼湖地區差不多，可能是台灣杉在北半球分布之南限。