Der Sand-Thymian kommt in kühlen bis gemäßigten Gebieten vor. Ein großer Teil des Areals liegt im subozeanischen Bereich. Mit der Zunahme der Ozeanität tritt eine Konzentrierung auf kontinentale Gebiete auf. Er ist Mittel-, Ost- und Nordeuropa verbreitet. Der Verbreitungsschwerpunkt liegt in Mittel- und Osteuropa. Die Nordgrenze verläuft in Russland bei 65° nördlicher Breite, östlich reichen wenige Vorposten bis zum Ural. Die Südgrenze des Hauptareals verläuft bei 50° nördlicher Breite und reicht im Westen bis in die Niederlande und nach Dänemark. Außerhalb des geschlossenen Areals gibt es wenige Vorkommen in Südostengland, in Frankreich, in Süddeutschland, im Gebiet des ehemaligen Jugoslawien und in Ungarn.

Der Sand-Thymian ist ein immergrüner, bodenbedeckender Halbstrauch, der Wuchshöhen von 2 - 10 cm erreicht. Die Zweige sind immer ringsum behaart. Die Laubblätter sind linealisch bis schmal elliptisch oder verkehrt-eiförmig, 1 - 3 mm breit und kurz gestielt oder sitzend. An den Blütentrieben sind sie in Größe und Form kaum unterschiedlich. Das oberste Paar der Seitennerven verliert sich meist, es vereinigt sich nicht zu einem Randnerv. Am Grund sind die Blätter bewimpert, die Spreite ist nur selten behaart. Ihre Seitennerven treten an der Unterseite stumpf hervor.