Présent comme minéral accessoire mineur, le xénotime se trouve dans les pegmatites et autres roches ignées, ainsi que dans les gneiss riches en mica et en quartz. Les minéraux associés comprennent la biotite et d'autres micas, les minéraux du groupe chlorite, le quartz, le zircon, certains feldspaths, l'analcime, l'anatase, la brookite, le rutile, la sidérite et l'apatite. Le xénotime est également connu pour être diagénétique: il peut se former sous forme de grains minuscules ou de revêtements extrêmement minces (moins de 10 µ) sur les grains de zircon détritiques dans les roches sédimentaires siliciclastiques. L'importance de ces dépôts diagénétiques de xénotime dans la datation radiométrique des roches sédimentaires commence seulement à se réaliser. Découverte en 1824, la localité type de xenotime est Hidra (Hitterø), Flekkefjord, Vest-Agder, Norvège. D'autres localités notables incluent: Arendal et Tvedestrand, Norvège; Novo Horizonte, São Paulo, Novo Horizonte, Bahia et Minas Gerais, Brésil; Madagascar et Californie, Colorado, Géorgie, Caroline du Nord et New Hampshire, États-Unis. Une nouvelle découverte de xénotime gemmée à changement de couleur (brunâtre à jaune) a été signalée en Afghanistan et a été trouvée au Pakistan. Au nord du mont Funabuse, dans la préfecture de Gifu, au Japon, une roche basaltique remarquable est extraite d'une colline appelée Maru-Yama: des cristaux de xénotime et de zircon disposés en un motif rayonnant en forme de fleur sont visibles dans les tranches polies de la roche, ce qui est connu comme pierre de chrysanthème (traduit du japonais 菊 石 kiku-ishi). Cette pierre est très appréciée au Japon pour sa valeur ornementale. De petits tonnages de sable xénotime sont récupérés en association avec l'extraction d'étain malais, etc. et sont traités commercialement. La teneur en lanthanides est typique des minéraux de la "terre d'yttrium" et contient environ les deux tiers d'yttrium, le reste étant principalement les lanthanides lourds, où les lanthanides pairs (tels que Gd, Dy, Er ou Yb) sont chacun présents à environ le niveau de 5%, et les lanthanides impairs (tels que Tb, Ho, Tm, Lu) étant chacun présents à environ 1%. Le dysprosium est généralement le plus abondant des lourds pairs, et l'holmium est le plus abondant des lourds impairs. Les lanthanides les plus légers sont généralement mieux représentés dans la monazite tandis que les lanthanides les plus lourds sont dans le xénotime.