Organisé comme un minéral accessoire mineur, le xénotime se trouve dans les pegmatites et autres roches ignées, ainsi que dans les gneiss riches en mica et en quartz. Les minéraux associés comprennent la biotite et d’autres micas, les minéraux du groupe chlorite, le quartz, le zircon, certains feldspaths, l’analcime, l’anatase, la brookite, le rutile, la sidérite et l’apatite. La xénotime est également connue pour être diagénétique : elle peut se former sous forme de grains minuscules ou de couches extrêmement fines (moins de 10 µ) sur des grains de zircon détritiques dans des roches sédimentaires siliciclastiques. On commence seulement à réaliser l’importance de ces dépôts diagénétiques de xénotime dans la datation radiométrique des roches sédimentaires.

Découvert en 1824, la localité type du xénotime est Hidra (Hitterø), Flekkefjord, Vest-Agder, Norvège. D’autres localités notables incluent : Arendal et Tvedestrand, Norvège ; Novo Horizonte, São Paulo, Novo Horizonte, Bahia et Minas Gerais, Brésil ; Madagascar et Californie, Colorado, Géorgie, Caroline du Nord et New Hampshire, États-Unis. Une nouvelle découverte de xénotime gemme, changeant de couleur (brunâtre à jaune) a été signalée en Afghanistan et a été trouvée au Pakistan. Au nord du mont Funabuse, dans la préfecture de Gifu, au Japon, une roche basaltique remarquable est extraite dans une colline appelée Maru-Yama : des cristaux de xénotime et de zircon disposés en un motif rayonnant, semblable à une fleur, sont visibles dans les tranches polies de la roche, qui est connue sous le nom de pierre de chrysanthème (traduite du japonais 菊石 kiku-ishi). Cette pierre est largement appréciée au Japon pour sa valeur ornementale.

De petits tonnages de sable de xénotime sont récupérés en association avec les mines d’étain malaisiennes, etc. et sont traités commercialement. La teneur en lanthanides est typique des minéraux de type  » terre d’yttrium  » et s’élève à environ deux tiers d’yttrium, le reste étant principalement constitué de lanthanides lourds, les lanthanides pairs (tels que Gd, Dy, Er ou Yb) étant chacun présents à environ 5 %, et les lanthanides impairs (tels que Tb, Ho, Tm, Lu) étant chacun présents à environ 1 %. Le dysprosium est généralement le plus abondant des lanthanides lourds pairs, et l’holmium est le plus abondant des lanthanides lourds impairs. Les lanthanides les plus légers sont généralement mieux représentés dans la monazite tandis que les lanthanides les plus lourds sont dans le xénotime.