Ареал чёрного дятла - лесная и лесостепная зоны Евразии от северных и восточных частей Пиренейского полуострова к востоку до Камчатки, побережий Охотского и Японского морей, островов Сахалин, Хоккайдо и северной части Хонсю . К северу гнездится до границы тайги, местами залетая в южную часть лесотундры. Наиболее северный район обитания - район полярного круга в Скандинавии, где желна встречается до 70° с. ш. На Кольском полуострове желна гнездится к северу до Хибин и верховьев Туломы, в районе Уральского хребта до 62-й параллели, на Оби до 63-параллели, в долине Енисея до 65-й параллели, восточнее к северу до бассейна Нижней Тунгуски, Верхоянского хребта, бассейнов Яны, Индигирки и Колымы.

Это наиболее крупный дятел Западной Палеарктики, своими размерами лишь слегка уступает грачу - в отличие от этой вороны имеет более стройное телосложение, длинную тонкую шею и длинный хвост. Длина 42-49 см, вес 250-450 г, размах крыльев 64-80 см.

Оперение взрослого самца блестяще-чёрное, за исключением верха головы, который имеет ярко-красное пятно в виде шапочки от основания клюва до затылка. Ведёт оседлый образ жизни, однако зимой может совершать небольшие кочёвки за пределы основных биотопов. Населяет спелые высокоствольные леса, преимущественно хвойные и смешанные, но также иногда и широколиственные. Селится как в сплошных таёжных массивах, так и на небольших островках леса, в том числе и расположенных посреди степи. Нередко обитает на гарях, вырубках и участках с гнилыми, засыхающими и больными деревьями. В предгорьях и горных лесах Европы отдаёт предпочтение буковым или смешанным лесам с участием бука и пихты, но также населяет лесные массивы с преобладанием лиственницы, ели, европейского кедра и других пород деревьев. В Альпах встречается до верхней границы леса выше 2000 м над уровнем моря. На севере и востоке Европы, а также в Сибири основные места обитаний - хвойные и смешанные леса, часто еловые, в том числе и глухая тайга. Дятел не избегает присутствия человека и его иногда можно наблюдать в городских парках даже в дни массового скопления там людей. Каждая пара занимает в среднем 300-400 гектаров леса.

Обычный оседлый, частично кочующий вид. Населяет всю территорию заповедника. Средняя плотность населения в зимний период 1986-1995 гг. составила: в лиственных лесах – 11,6 ос./км²; в смешанных лесах – 2,6; пойменных лиственных лесах – 1,7; молодых сосновых лесах – 1 ос./км².