Zwykle w miejscach ubogich w materię organiczną, azot i potas, średnio zasobnych w magnez, z udziałem węglanu wapnia dochodzącym do 8%, zwłaszcza w głębszych warstwach profilu.
Gatunek ten rośnie w murawach kserotermicznych, rzadziej także w świetlistych zaroślach, dąbrowach i borach oraz na ich obrzeżach i polanach śródleśnych. W południowej części zasięgu często na obszarach górskich, na zboczach, w miejscach skalistych.
Fitosocjologia i interakcje międzygatunkowe Pajęcznica liliowata jest w Polsce gatunkiem charakterystycznym dla muraw z klasy Festuco-Brometea i wyróżniającym dla zespołu Potentillo-Stipetum capillatae. W obrębie swego zasięgu występuje także w murawach kserotermicznych ze związku Xerobromion, w ciepłolubnych zbiorowiskach okrajkowych ze związku Geranion sanguinei, w murawach regionu alpejskiego ze związku Diplachnion, w murawach związku Cynancho vincetoxici-Seslerienion calcariae, Alysso-Festucion pallentis oraz w zbiorowiskach leśnych z rzędu Quercetalia robori-petreae i związków Dicrano-Pinion, Erico-Pinion.