Gulløve-tamarin er endemisk i de atlantiske kystskogene i Brasil, funnet innenfor Rio de Janeiro og et lite område i Espírito Santo. Deres livsmiljø består av tette lavlandsregnskoger, både primære og sekundære, i Serra do Mar-fjellkjeden. Disse skogene har høye trær, tett undergroving og høy plante-mangfold. Gulløve-tamarin foretrekker områder med rikelig fruktbærende trær og finnes fra havnivå opptil 1000 meter.
De atlantiske kystskogene er et mangfoldighetshotspot, men trues av skogavverkning og fragmentering. Bevaringsinnsats og livsmiljø-restaurering beskytter de gjenlevende bestanden av denne kritisk truede arten.