分布于山坡次生夏绿阔叶林下或灌丛中以及岩石缝中。分布区的气候夏季温暖而干燥，冬春干冷，最低温在0℃以下，年平均温13℃左右；年降水量650--950毫米，多集中在7--9月。土壤为山地灰化土及山地棕壤和黄壤。多生长在以光叶珍珠梅Sorbaria arborea var. Glabrata Rehd.、小檗Berberis amurensis Rupr.、盘腺樱桃Prunus discadenia Schneid.、冰川茶藨子Ribes glaciale Wall.、华西忍冬Lonicera tasienensis Franch.、石枣子Euonymus sanguineus Loes.、泡花树Meliosma cuneifolia Franch.等为主的灌丛中。紫斑牡丹为耐阴植物，喜生于阴坡稀疏灌丛中，或生于峭壁下林内光照较弱、岩石裸露和土层瘠薄处。它结籽少，种子自然萌发和成活率低，幼苗期长。一般4--5月开花，8--9月果实成熟。

落叶灌木，高50－150厘米；小枝圆柱形，微具条棱，基部具鳞片状鞘。叶通常为二回三出复叶，长约30厘米；顶生小叶宽卵形，长8－9厘米，宽5－6厘米，通常不裂，稀3裂至中部，裂片不再浅裂，下面灰绿色，疏被长柔毛，小叶柄长2.5—3.5厘米；侧生小叶长卵形或卵形，长5－8厘米，宽2－3.7厘米，不裂或2－4浅裂。花大，单生枝端，直径8－10厘米，花梗4－6厘米；苞片5，长椭圆形；萼片(4一)5，淡黄绿色，近圆形，长约3厘米，宽3—3.8厘米；花瓣10—12，白色，宽倒卵形，长6－10厘米，宽4—8.2厘米，内面基部具有深紫色斑块；雄蕊多数，黄色，长1.8—2.5厘米；花盘杯状，革质，包围心皮；心皮5—7，密被黄色短硬毛。瞢荚长2－4厘米，直径约1.5厘米，密被黄色短柔毛，顶端具喙；种子倒圆锥形，长约8毫米，黑色，有光泽。