Źle rośnie na glebach kwaśnych i w miejscach, gdzie w okresie zimowym stagnuje woda. W czasie suszy liście więdną, lecz rośliny szybko odzyskują dobrą kondycję po opadach. Podczas ciepłego i słonecznego okresu wegetacyjnego silniej rosną bulwy, z kolei podczas chłodniejszych warunków klimatycznych silniej rozwija się masa zielona roślin.
W Polsce gatunek rozpowszechniony jest na nizinach, w Karpatach podawany był z Gorców z wysokości 420 m n.p.m. W strefie tropikalnej rośnie w wyższych położeniach, np. w Indiach uprawiany jest z powodzeniem na wysokościach 1200 m n.p.m., w Nepalu nawet na 2300 m n.p.m.
Fitosocjologia i oddziaływania międzygatunkowe W Europie środkowej słonecznik bulwiasty rośnie najczęściej jako składnik lub dominant w zbiorowiskach z klasy Artemisietea vulgaris. Silny wzrost, gęsty pokrój i oddziaływanie allelopatyczne za sprawą terpenów i związków fenolowych sprawia, że słonecznik bulwiasty rozprzestrzeniając się w środowisku naturalnym, silnie przekształca zastane zbiorowiska roślinne i wypiera inne gatunki. Z roślin rodzimych dla Europy Środkowej, występujących na preferowanych przez ten gatunek siedliskach konkurencję topinamburu znoszą tylko: pokrzywa zwyczajna, podagrycznik pospolity, kielisznik zaroślowy i mozga trzcinowata.