El xenotima se encuentra como mineral accesorio menor en pegmatitas y otras rocas ígneas, así como en gneises ricos en mica y cuarzo. Los minerales asociados son la biotita y otras micas, los minerales del grupo de la clorita, el cuarzo, el circón, algunos feldespatos, la analcima, la anatasa, la brookita, el rutilo, la siderita y la apatita. El xenotiempo también es conocido por ser diagenético: puede formarse como granos diminutos o como capas extremadamente finas (menos de 10 µ) sobre granos de circón detríticos en rocas sedimentarias siliciclásticas. La importancia de estos depósitos diagenéticos de xenotiempo en la datación radiométrica de las rocas sedimentarias sólo está empezando a comprenderse.

Descubierto en 1824, la localidad tipo del xenotiempo es Hidra (Hitterø), Flekkefjord, Vest-Agder, Noruega. Otras localidades notables son: Arendal y Tvedestrand, Noruega; Novo Horizonte, São Paulo, Novo Horizonte, Bahia y Minas Gerais, Brasil; Madagascar y California, Colorado, Georgia, Carolina del Norte y New Hampshire, Estados Unidos. Se ha informado de un nuevo descubrimiento de xenotima gema, con cambio de color (de marrón a amarillo), en Afganistán y se ha encontrado en Pakistán. Al norte del monte Funabuse, en la prefectura de Gifu (Japón), se extrae una notable roca basáltica en una colina llamada Maru-Yama: los cristales de xenotiempo y circón dispuestos en forma de flor radiante son visibles en rodajas pulidas de la roca, que se conoce como piedra crisantemo (traducida del japonés 菊石 kiku-ishi). Esta piedra es muy apreciada en Japón por su valor ornamental.

Pequeñas toneladas de arena de xenotiempo se recuperan en asociación con la minería del estaño de Malasia, etc. y se procesan comercialmente. El contenido de lantánidos es el típico de los minerales de «tierra de itrio» y es de aproximadamente dos tercios de itrio, siendo el resto mayoritariamente lantánidos pesados, donde los lantánidos pares (como Gd, Dy, Er o Yb) están presentes cada uno de ellos a un nivel de aproximadamente el 5%, y los lantánidos impares (como Tb, Ho, Tm, Lu) están presentes cada uno de ellos a un nivel de aproximadamente el 1%. El disprosio suele ser el más abundante de los pesados pares y el holmio es el más abundante de los pesados impares. Los lantánidos más ligeros suelen estar mejor representados en la monacita, mientras que los más pesados están en el xenotiempo.