Polydymit entsteht vorwiegend in hydrothermal gebildeten Gängen. Als Begleitminerale treten je nach Fundort unter anderem Bismuthinit, Chalkopyrit, Galenit, Millerit, Pyrrhotin, Pyrit, Gersdorffit, Ullmannit, Sphalerit, Quarz, Siderit auf. Als eher seltene Mineralbildung kann Polydymit an verschiedenen Orten zum Teil zwar reichlich vorhanden sein, insgesamt ist er aber wenig verbreitet. Als bekannt gelten bisher rund 140 Fundorte (Stand 2019). Neben seiner Typlokalität, der Grube Grüne Au bei Schutzbach, fand sich das Mineral in Rheinland-Pfalz noch in der nahe gelegenen Grube Pius sowie in den Gruben Wingertshardt bei Katzwinkel, Käusersteimel, Fischbacher Werk und Lammerichskaule im Landkreis Altenkirchen. Weitere in Deutschland bekannte Fundorte sind unter anderem die Grube Clara bei Oberwolfach (Bezirk Freiburg) in Baden-Württemberg sowie die Grube Klappertshardt nahe Hummerzheim bei Bad Münstereifel, die Gruben Aurora und Dörnberg der Ramsbecker Gewerkschaft, die Grube Neue Hoffnung bei Wilnsdorf, die Grube Wilder Mann (auch Wildermann) bei Müsen, die Grube Eiserner Union und die Grube Brüderbund im Bezirk Arnsberg in Nordrhein-Westfalen. In Österreich konnte Polydymit bisher nur in einem Serpentinit-Steinbruch bei Dietmannsdorf an der Wild und in den korund- und serpentinhaltigen Plagioklasfelsen bei Wolfsbach (Gemeinde Drosendorf-Zissersdorf) in Niederösterreich sowie am Brennkogel in den Hohen Tauern und an mehreren Stellen im Schwarzleograben in der Gemeinde Leogang im Salzburger Land gefunden werden. Weitere Fundorte liegen unter anderem in Australien, China, Finnland, Griechenland, Italien, Japan, Kanada, Namibia, Rumänien, Russland, Simbabwe, der Slowakei, Spanien, Südafrika, Tschechien und den Vereinigten Staaten von Amerika.