Skov-gøgelilje er registreret i 231 ruder i Atlas Flora Danica* med hovedvægt i Vendsyssel, morænelersegnene i Øst- og Sydøstjylland og på Øerne samt på Bornholm. Den mangler på øerne i Kattegat, Samsø, Endelave, Vadehavsøerne og Ærø samt en række mindre øer i Det fynske Øhav og Smålandsfarvandet, Amager og Saltholm.
Skov-gøgelilje vokser i muldbundsløvskov, mest i aske- eller bøgeskov, på ferskeng især skoveng, på overdrevsskrænt, hedeskrænt, kalkbakke, klippeløkke og nordvendt vejskrænt.
Optælling af én bestand af skov-gøgelilje ved Kåsegård på Bornholm indgik i overvågningen ved programmets start i 1987. Den var følgeart til hylde-gøgeurt her og blev derfor optalt uregelmæssigt i de følgende år. I 1989 begyndte optællingerne af skov-gøgelilje på 4 andre lokaliteter og i 1990 på 7 yderligere heriblandt bestanden på Ørnehøje ved Ålborg. Denne bestand har sammen med Margrethe Sø bestanden ved Gråsten været overvåget kontinuert i resten af perioden på nær i henholdsvis 1997 og 2008. De største antal mellem 12 og 18 bestande blev overvåget i perioden 1998-2003 med 18 som det højeste i 2000. I alt er 23 bestande af skov-gøgelilje blevet overvåget i programperioden.
Optællingerne af bestandene af skov-gøgelilje har vist store årlige udsving i antallet af blomstrende planter på de fleste lokaliteter. Det højeste på 1.367 og næsthøjeste antal på 918 blomstrende planter blev optalt ved Margrethe Sø i henholdsvis 1998 og 1997. Det højeste på 2.414 og næsthøjeste samlede antal blomstrende planter på 1.627 blev optalt i de samme år fordelt på henholdsvis 13 og 9 lokaliteter (Fig. 1), hvilket også giver de største gennemsnitlige antal på 186 og 181 blomstrende planter (Fig. 2).
Både det total antal og det gennemsnitlige antal blomstrende planter af skov-gøgelilje kulminerede i perioden 1996-1998 for siden at falde til et niveau på ⅓ eller mere af det maksimale antal. Orkidéen er ved rødlistevurderingen 2020 kategoriseret i livskraftig (LC).
