硫酸盐还原菌广泛分布于含硫酸盐且由于微生物的分解作用而缺氧的陆地或水体环境中，在海洋沉积物中尤为丰富。已分离的硫酸盐还原菌超过60个属，其中大部分为细菌，硫酸盐还原古菌只有古生球菌（Archaeoglobus）、高温分枝菌（Caldivirga）和热枝菌（Thermocladium）3个属。古生球菌属于广古菌门（Euryarchaeota），以硫酸盐、硫代硫酸盐和亚硫酸盐为电子受体，氢气或简单有机酸为电子供体进行生长；高温分枝菌和热枝菌均属于泉古菌门（Crenarchaeota），以硫酸盐、硫代硫酸盐为电子受体，以复杂有机物为电子供体进行生长。但不能以亚硫酸盐为电子受体。3个属的古菌都是极端嗜热菌，分离自海底热液口、油田和热泉等极端高温厌氧环境。