Большая синица гнездится по всей Европейской России. В XX в. ареал расширялся в северном направлении, что обусловлено освоением севера человеком. Во все периоды года, особенно зимой, тяготеет к населённым пунктам и их окрестностям. Наиболее многочисленна в средней полосе и на юге России. На севере таёжной зоны — редкий, в средней и южной тайге — обычный вид. В негнездовое время встречается за пределами гнездовой области, в том числе в зонах тундры и лесотундры. Часть птиц живет оседло, но большинство совершают кочевки.
В гнездовое время большие синицы обитают в лесах различного состава, где есть подходящие дупла; избегают чисто хвойных участков. В таёжной зоне предпочитают пойменные или вторичные лиственно-хвойные древостои, угодья антропогенного ландшафта в долинах больших рек. В южной части ареала наибольшая численность характерна для старых лесов и парков с участием широколиственных деревьев — дуба, липы, а также ольхи и осины. Часть птиц проводит лето в населенных пунктах, где может гнездиться в сооружениях человека. Зимой возле человеческого жилья, в городах и в сельской местности концентрируется значительная часть популяции.
По данным программы «Parus», в подзонах смешанных и широколиственных лесов большая синица входит в число обычных зимующих видов (в среднем 2–10 ос./км2). Показатели увеличиваются к югу, а в южной половине охваченной мониторингом территории — с востока на запад. В различных населенных пунктах плотность населения значительно выше и составляет от 80–100 до 400–600 (местами до 1000) ос./км2. В целом, показатели обилия синиц в населенных пунктах растут с севера на юг и юго-запад; в городах и крупных поселках они обычно выше, чем в небольших деревнях и дачных поселках, где зимой мало людей. В таежной зоне большие синицы зимой встречаются только в пригородных лесах; в естественных биотопах северной и средней тайги они полностью отсутствуют, а в южной тайге крайне редки.
Зимнее обилие синиц значительно варьирует по годам и в зависимости от местных условий, в том числе от подкормки. В лесах и сельскохозяйственных угодьях оно сильно зависит от погоды и от близости населенных пунктов. В теплую малоснежную погоду стайки больших синиц могут перемещаться по прилежащим к населённым пунктам лесным массивам, полям с перелесками и лесополосами. В морозы и многоснежье держатся у человеческого жилья.
Зимой в поисках корма большие синицы обследуют в основном скелетные, в том числе сухие, ветви лиственных деревьев и кустарников, а также их стволы; нередко перепархивают по земле, валежнику. Кормятся семенами травянистых растений, которые выклевывают из соплодий. В населенных пунктах большая синица — один из самых массовых видов на кормушках. Ночуют в дуплах, а в антропогенных ландшафтах — в нишах построек.
Результаты программы «Parus» показывают, что уровень численности больших синиц в природных местообитаниях Европейской России несколько снизился. Рассчитать общую численность и оценить ее динамику затруднительно из-за недостатка данных по застроенным территориям. В отдельных населенных пунктах, где ведется многолетний мониторинг, тенденции изменения численности разнонаправлены. Так, в Москве плотность населения за последние десятилетия не претерпела существенных изменений. В небольших деревнях и поселках, где значительно сократилось число жителей и перестали держать скот, количество синиц местами уменьшилось. Однако это сокращение выражено значительно слабее, чем у таких синантропных видов, как воробьи, галки и серые вороны; кое-где плотность населения сохранилась на постоянном уровне или даже возросла, что, скорее всего, объясняется тем, что жители стали чаще подкармливать птиц.
Материалы, собранные в процессе подготовки Атласа гнездящихся птиц Европейской России, позволяют оценить гнездовую численность вида на всей территории в 12–16 млн. пар. Примерно 70% из них обитают в лесной зоне, остальные — в лесостепи, степи и на Кавказе. По сравнению с оценками, основанными на результатах учетов 1960–1980 гг., существенных изменений численности не произошло. По данным зимних учетов, в лесах европейской части России в 2000–2020 гг. зимовало около 3 млн. больших синиц, в 1988–1999 гг. — 6–7 млн. Возможно, примерно столько же или немного больше птиц обитает зимой в лугах и полях с перелесками. Исходя из этого, можно сделать вывод, что возле человеческого жилья проводит зиму примерно 3/4 популяции вида.
