El mochuelo chico habita en bosques de coníferas o mixtos, con claros próximos, con preferencia en abetales salpicados de hayas, álamos, abedules y otros árboles de hoja caduca en los que suele anidar.

Se alimenta principalmente de micromamíferos, incluyendo topillos, musarañas, ratones, murciélagos. También de pequeñas aves que pueden llegar a igualar e incluso superar su tamaño, como un zorzal. Captura a sus presas al acecho, lanzándose desde una percha elevada. A veces hace despensa en cavidades. Caza también en comederos para pájaros.

Anida en huecos de árboles, incluyendo viejos nidos de picapinos, vaciándolos previamente. El tamaño de la puesta es muy variable, oscilando entre 2 y 7 huevos. Son incubados exclusivamente por la hembra, durante 28 a 30 días. Los volantones abandonan el nido a los 28-33 días. Son capaces de reproducirse al año de vida.

La población europea de mochuelo chico se corresponde con la subespecie nominal Glaucidium passerinum passerinum. Se distribuye de norte a sur desde Escandinavia hasta los Alpes,  y recientemente con pequeñas poblaciones en Pirineos. Hacia el este alcanza el centro de Rusia.

La subespecie G. p. orientale se distribuye por el sur de Siberia, norte de Kazajistán y Mongolia y noreste de China, alcanzando los mares de Japón y Ojotsk.

La primera observación homologada de mochuelo chico en España fue en mayo de 2021, durante unos trabajos de campo sobre otras especies, en el Pirineo de Huesca. Inicialmente se detectaron dos machos, y en una posterior prospección tres machos seguros y quizás un cuarto.

Dado que la especie parece estar en expansión hacia occidente, se cree que podrían ser ejemplares procedentes de Los Alpes, su núcleo tradicional más próximo, como ya sucedió con las primeras observaciones del Macizo Central francés y posteriormente con otros ejemplares avistados en el área oriental de los Pirineos, también en Francia.

En 2022, también en mayo, se confirman en la misma zona entre tres y cuatro machos con comportamiento territorial.

Y lo mismo sucede en 2023, tres machos seguros y quizás cuatro, sin que hasta el momento se haya podido confirmar la reproducción. No obstante, la presencia continua durante tres temporadas en el mismo territorio de machos con comportamiento reproductor, y sin que se pueda descartar la presencia de hembras, podría indicar que se trata de una población próxima a establecerse.

Por distribución geográfica se considera que los ejemplares observados en España son de la subespecie nominal Glaucidium passerinum passerinum.