Polarræven lever i nogle af verdens mest barske egne, nemlig de arktiske tundraområder. Den foretrækker åbne, kolde landskaber uden træer, hvor der er adgang til små gnavere som lemminger og markmus, havfuglekolonier, ådsler og andre sæsonbestemte føderessourcer. Polarræven bygger sine huler i tørre skråninger, ofte med god udsigt over omgivelserne, og gerne i nærheden af kolonier af byttedyr. Hulerne kan være over 100 år gamle og bruges af generationer af polarræve.
Polarræven er ekstremt tilpasningsdygtig. Den har en af de varmeste pelse blandt pattedyr og er i stand til at overleve temperaturer ned til minus 50 grader. Om vinteren skifter pelsen farve til hvid, mens den om sommeren bliver brun eller grå, så den falder i ét med det snetomme landskab. Når føden er knap, kan polarræven vandre meget langt – nogle individer er registreret med rejser på over 3.000 kilometer.
Klimaforandringer påvirker polarrævens levesteder på flere måder. I takt med at Arktis bliver varmere, forskydes lemmingcyklusser, som gør det sværere for polarræven at finde føde. Derudover trænger rød ræv længere mod nord og konkurrerer direkte med polarræven om territorier og ressourcer.