Mirabilit bildet sich in Evaporiten unter ariden Bedingungen. Er kristallisiert dort aus übersättigten Natriumsulfatlösungen aus, wie sie an salzhaltigen Quellen oder in Salztonebenen anzutreffen sind. Begleitminerale sind neben Thénardit unter anderem noch Aphthitalit, Blödit, Epsomit, Gips, Glauberit, Halit und Trona. Als eher seltene Mineralbildung kann Mirabilit an verschiedenen Fundorten zum Teil reichlich vorhanden sein, insgesamt ist er aber wenig verbreitet. Bisher (Stand: 2013) gelten rund 180 Fundorte als bekannt. In Deutschland wurde das Mineral unter anderem bei Heringen und Philippsthal im hessischen Werratal; bei Hänigsen, Wathlingen und am Lüneburger Kalkberg in Niedersachsen; bei Friedland in Mecklenburg-Vorpommern; in der Gipsgrube „Mathias“ bei Rammelfangen im Saarland sowie in der Grube „Willi Agatz“ bei Dresden in Sachsen gefunden. In Österreich trat Mirabilit bisher vor allem im Salzburger Land auf, wo er in mehreren Gips- und Salzgruben bzw. in Thermalquellen nachgewiesen wurde. Daneben fand sich das Mineral aber auch am Pfennigbach bei Puchberg am Schneeberg in Niederösterreich, in den Salzgruben von Altaussee (Steiermark) und Hall in Tirol sowie in Oberösterreich am Bad Ischler Salzberg, bei Hallstatt und in der Hintersteiner Alp bei Spital am Pyhrn in Oberösterreich. In der Schweiz fand sich Mirabilit bisher in der Gipsgrube bei Birmenstorf im Kanton Aargau, in Martigny im Kanton Wallis, im Salzbergwerk von Bex im Kanton Waadt. Weiter konnten Mirabilit-Vorkommen in der Faustloch-Höhle im Berner Oberland sowie in der Höhle Réseau des Morteys bei Charmey im Kanton Freiburg festgestellt werden. Bekannte Fundorte für Mirabilit sind unter anderem auch die Tăușoare-Höhle in Rumänien und der Nationalpark Death Valley im US-Bundesstaat Kalifornien. Weitere Fundorte liegen in Ägypten, der Antarktis, Argentinien, Australien, Bolivien, Chile, China, England, Frankreich, Italien, Japan, Kanada, Madagaskar, Mexiko, den Niederlanden, Norwegen, Polen, Russland, der Slowakei, Spanien, Tadschikistan, Tschechien, der Türkei, Turkmenistan, der Ukraine, Ungarn und weiteren Bundesstaaten der USA.