Habita entre los 2000 y 3000 m sobre el nivel del mar en las Yungas del departamento de La Paz.
Las montañas y ríos tropicales, subtropicales o húmedos son su hábitat natural.
La localidad típica es Chaco, una aldea en el río Unduavi, a unos 25 kilómetros al noroeste de Puente de la Vía, a 2600 m sobre el nivel del mar.
Telmatobius bolivianus está amenazado por la desaparición de sus hábitats.
Esta especie lleva el nombre en referencia al lugar de su descubrimiento, Bolivia.