Comme d'autres membres basaux de la famille Cypress (Cupressaceae) autrefois regroupés sous le nom informel «Taxodiaceae», l'athrotaxis semble être un relique d'un groupe qui était beaucoup plus répandu et écologiquement important pendant la Mesozoïque. Aujourd'hui, il ne comprend que deux espèces, le Pine Pine et le roi Billy Pine, trouvés uniquement dans les régions des Highlands de Tasmanie. Les fossiles de conifères connexes, souvent affectés à des athrotaxites ou même à l'athrotaxie lui-même, révèlent que cette lignée avait autrefois une distribution beaucoup plus large. Ces fossiles se trouvent à travers l'Australie, la Nouvelle-Zélande, la Patagonie et l'Antarctique, suggérant une gamme circumpolaire dans le sud du Gondwana. Remarquablement, des spécimens ont également été récupérés de l'Asie de l'Est et de l'Amérique du Nord, indiquant une présence dans les deux hémisphères pendant le Crétacé. Les paramètres de dépôt des fossiles d'athrotaxites, généralement des environnements fluviaux et lacustres, suggèrent une préférence pour les habitats humides et frais le long des lacs et des rivières, tout comme ceux occupés par l'athrotaxis aujourd'hui.