Sortmejsen yngler over det meste af Europa, men mangler dog i det nordligste Skandinavien. Arten yngler desuden i Nordafrika og i et bredt bånd gennem Rusland og Asien til Stillehavet. Da sortmejsen er nåleskovsspecialist, indvandrede den først til Danmark i 1800-tallet, da nåleskovsplantagerne voksede til (Løppenthin 1967, Dybbro 1976). I dag yngler sortmejsen over hele landet med de tætteste bestande i Vest- og Nordjylland. I Europa er fuglene fra de sydlige og vestlige dele af yngleudbredelsen hovedsagelig standfugle, mens fugle fra de nordligere områder i højere grad trækker over kortere afstande. I visse år kan arten dog forekomme invasionsagtigt i Danmark.
Læs mere om arten i afsnittet fra Dansk Trækfugleatlasher