Pôvodne palearktický, v súčasnej odobe kozmopilitný. Severná Afrika, Európa, Ázia, až po Japonsko. V Severnej Amerike, Austrálii a na Novom Zélande zavlečený.

Ubikvista, bez vyhranených nárokov na stav a kvalitu biotopov. Vyskytuje ako v zachovalej krajine tak aj agrocenózach i v zastavaných oblastiach. Zvlášť v lete početný v lánoch lucerny siatej (Medicago sativa), na strniskách obilnín, ale aj na zaplevelených okrajoch ostatných agrobiocenóz, v zeleninových záhradách, po okrajoch ciest, železníc, hrádzí, na ruderálnych stanovištiach. Početný tiež na xerotermných stepných stráňach a skalnatých xerotermných lesostepiach. V lúčnych spoločenstvách zriedkavejší. Nájdeme ho aj vo vysokých pohoriach, nedosahuje tu však takú početnosť ako v nížinách a stredných polohách.

Polyvoltinný (IV. - X.), populácie vo vyšších nadmorských výškach majú iba 1 generáciu, v teplých oblastiach sa sporadicky objavujú aj 4. generácia. Živnými rastlinami húseníc sú druhy z čeľade kapustovitých (Brassicaceae). Kladenie bolo doposiaľ pozorované na reďkev ohnicovú (Raphanus raphanistrum) a na vesnovku obyčajnú (Cardaria draba), v kultúrnej krajine je to hlavne kapusta obyčajná (Brassica oleracea) a horčica roľná (Sinapis arvensis), ale aj mnoho ďalších kapustovitých rastlín. Z pohľadu výberu živných rastlín sa druh vyznačuje širokou valenciou. Samičky kladú belavé vajíčka vretenovitého tvaru jednotlivo na rub, zriedkavejšie aj líc listov živnej rastliny. Zelené húsenice sú na rastline veľmi nenápadné. Je klasifikovaný ako potenciálny škodca poľnohospodárkych kultúr. Prezimujúcim štádiom je kukla.

Na Slovensku nebola podrobnejšie sledovaná. Pozorované bolo patrolovacie lety samcov (predovšetkým v dopoľudňajších hodinách), kedy aktívne vyhľadávali samice. Boli pozorované aj migrácie tohto motýľa.

Mlynárik repový (Pieris rapae) patrí na Slovensku k najhojnejším druhom denných motýľov. Je rozšírený po celom území, z ochranárskeho pohľadu nezaujímavý druh. Je veľmi adaptabilný a schopný prežit aj na tých najnarušenejších biotopoch.

Rozšírenie druhu do roku 1960: