Die Wüsten-Heidelibelle besiedelt Bäche, Gräben und kleinere stehende Gewässer wie Teiche und Staubecken sowie Bewässerungstanks. In Europa kommt die wärmeliebende Art nur lokal in den trocken-heißen Regionen Süd- und Ostspaniens sowie auf der Insel Lampedusa vor. Ein Vorkommen auch in Südfrankreich gilt als wahrscheinlich. Die Flugzeit erstreckt sich in ihrem europäischen Verbreitungsgebiet von Anfang Juni bis November, im Süden Spanien teilweise aber sogar Januar des Folgejahres, wobei die Tiere den Hochsommer weitab vom Gewässer in Gebirgen, Wäldern und gebüschreichen Gebieten verbringen und erst im Herbst zu den Entwicklungsgewässern zurückkehren.