Troldflagermusen er knyttet til områder med ældre løvskov, hvor den jager mellemhøjt i det frie luftrum i lysninger, langs skovkanter og levende hegn, over enge og småsøer (Baagøe 2007, Møller m.fl. 2013). Den ses også jagende langs kyster i de indre farvande og over Østersøen. Troldflagermusens yngle- og rastekvarterer om sommeren findes ofte i bygninger, men den kan også anvende hulheder i træer. Troldflagermusen har sæsonmæssige træk, der kan strække sig over mere end 2000 km. Om foråret og efteråret kan trækkende troldflagermus registreres mange steder, hvor den ikke findes i yngletiden, fx langs Vadehavet og over de indre danske farvande.

Troldflagermus kan træffes om sommeren i det meste af landet i områder med ældre løvskov, mens den kun forekommer mere sporadisk i Vestjylland (Baagøe 2007, Møller m.fl. 2013). Den synes at være blevet mere almindelig i Nordvestjylland i de seneste årtier. I trækperioderne optræder troldflagermus i større forekomster i områderne, hvor den ikke er at finde om sommeren. Der er et stort træk af troldflagermus fra ynglebestandene i landene mod nordøst gennem Danmark og over de indre farvande.

Vindmøller på land, kystnært og til havs i eller nær troldflagermusens yngle- og rasteområder og i dens trækområder er en stor trussel for artens status (Møller m.fl. 2013, Baagøe & Elmeros 2019, Fredshavn m.fl. 2019). Troldflagermusen er desuden truet af ødelæggelser og forringelser af yngle- og rasteområder, fx renovering og nedrivning af bygninger, og fældning, topsprængning eller topkapning af ældre træer med hulheder og af yngre træer med potentiale for hulheder, kapning af grene med hulheder, intensiv skovdrift, nedgræsning og anden rydning af skovbryn og levende hegn og lign., samt lyd- og lysforurening. Træruiner er ikke egnede strukturer for yngle- og rastesteder for flagermus.