[[Berkas:Faroe stamp 403 sei whale (Balaenoptera borealis).jpg|thumb|right|200px|Gambar paus Sei pada perangko kepulauan Faroe yang dikeluarkan pada tanggal 17 September 2001]]

Paus Sei dapat ditemukan di seluruh dunia walaupun mereka jarang ditemukam di daerah perairan kutub atau tropis.[5] Kesulitan membedakan paus Sei di laut dari kerabat mereka yang dekat, paus Bryde dan terkadang paus sirip telah menyebabkan kesalahan tentang batasan distribusi dan frekuensi kemunculan mereka, terutama di perairan hangat tempat paus Bryde paling banyak berada.

Di Atlantik utara, jangkauan paus Sei terbentang dari Eropa selatan atau Afrika barat daya sampai Norwegia di Atlantik timur, dan dari Amerika Serikat selatan ke Tanah Hijau di barat.[4] Rekor paling selatan yang pernah ada adalah di pantai utara teluk Meksiko dan di Antilles Besar.[21] Di sepanjang jangkauannya, paus ini berusaha untuk menghindari perairan yang membuat setengah tubuhnya ada di permukaan, seperti di teluk Meksiko, teluk Santo Laurensius, teluk Hudson, laut Utara, dan laut Tengah.[5] Paus ini muncul di perairan dalam, kebanyakan muncul di lekuk benua,[36] di cekungan yang terletak antara tepian,[37] atau daerah lembah bawah laut.[38]

Di samudera Pasifik utara, paus Sei ditemukan dari garis lintang 20°LU–23°LU pada musim dingin, dan dari garis lintang 35°LU–50°LU pada musim panas.[39] Diperkirakan 75% dari jumlah populasi paus Sei di Pasifik utara ditemukan pada batas penanggalan internasional timur,[8] tetapi terdapat kekurangan informasi tentang distribusi paus ini di Pasifik utara. Dua paus yang dicatat di California nantinya ditemukan di Washington dan British Columbia, menjelaskan hubungan yang mungkin antara daerah tersebut,[40] tetapi kekurangan data lainnya membuat dua hal tersebut tidak meyakinkan. Di Belahan Selatan, distribusi musim panas berdasarkan data penangkapan sejarah adalah antara garis lintang 40°S–50°S, sementara distribusi saat musim dingin tidak diketahui.[27]

Umumnya, paus Sei bermigrasi setiap tahun ke perairan dingin pada musim panas dan ke perairan subtropis pada musim dingin, tempat makanan lebih banyak tersedia.[5] Di Atlantik barat daya, penglihatan dan rekor penangkapan menghasilkan bahwa paus bergerak ke utara mengikuti pinggir paparan untuk mencapai daerah tepi sungai Georges, selat timur laut dan tepi sungai Browns pada pertengahan sampai akhir Juni. Mereka hadir di pantai selatan Newfoundland pada bulan Agustus dan September, dan migrasi ke selatan dimulai bergerak ke barat dan selatan sepanjang paparan Nova Scotia dari pertengahan September sampai pertengahan November. Paus di laut Labrador pada minggu pertama Juni bergerak lebih jauh ke utara ke perairan barat daya Greenland pada musim panas.[41] Di Atlantik timur laut, paus Sei pada musim dingin bergerak sampai Afrika Barat dan mengikuti paparan benua ke utara pada musim semi. Betina besar memimpin migrasi ke utara dan mencapai selat Denmark lebih awal dan lebih dapat dipercaya daripada seks dan kelas lainnya, tiba pada pertengahan Juli dan tetap berada melalui pertengahan September. Pada beberapa tahun, jantan dan betina yang lebih muda tetap berada di garis lintang yang lebih rendah selama bulan musim panas.[16]

Meskipun diketahui beberapa arah umum pada latar belakang migrasi paus Sei, rute migrasi terperinci tidak diketahui[16] dan ilmuwan tidak dapat memprediksi dengan tepat tempat grup akan muncul dari satu tahun ke selanjutnya. Lokasi khusus dapat setahun melihat pemasukan banyak paus dan tidak untuk beberapa tahun kemudian.[42] F.O. Kapel menyadari hubungan antara kemunculan berkala paus Sei di barat Tanah Hijau dan serbuan berkala perairan hangat dari arus Irminger ke daerah tersebut.[43] Beberapa bukti dari data menunjukan bahwa individu paus Sei kembali ke pantai Islandia pada basis tahunan.[44]