Kostival hlíznatý roste ve stinných svěžích lesích pásma bučin. Nejčastěji na svahových deluviích v hlubokých údolích horských bučin. Charakterizuje svěží, humosní, úrodné půdy. Význačný druh v lesích jasano-javorových a roklinových lesů habrovo-javorových, v nichž roste často velmi pospolitě. Druh eurasijský, patřící k rostlinám drsnolistým (brutnákovitým). Kvete v dubnu a květnu. Roste mnohdy v menších porostech společně s dymnivkou a plicníkem. Častý průvodce nitrofilních lesních společenstev.