Należy do rodziny astrowatych złożonych. W Polsce wyodrębniono 13 gatunków tej rośliny. Ostrożeń polny jest rośliną klimatu umiarkowanego i preferuje roczne opady w granicach 400–750 mm. Występuje na różnych typach gleb, dobrze przewietrzanych, bogatych w próchnicę, sole mineralne i węglan wapnia, o pH między 5,8–7,0. Jest rośliną azotolubną i na glebach pozornie suchych. Nie lubi jednak gleb o zbyt wysokim poziomie wód gruntowych. wskaźnikiem występowania gliny. Ostrożeń polny bardzo silnie czerpie z  gleby składniki pokarmowe i wodę. Rośnie więc tylko tam, gdzie znajduje niezawodne źródło wody w glebie lub podglebiu, spotyka się go też niekiedy na glebach pozornie suchych. Nie lubi jednak gleb o wysokim poziomie wód gruntowych.

Ostrożeń polny jest chwastem segetalnym i ruderalnym. Występuje we wszystkich zasiewach rolniczych, a także często spotykany jest w ogrodach, na pastwiskach, trawnikach, na miedzach, ugorach i innych nieużytkach. Jest silnie konkurencyjny w stosunku do innych roślin. Stwierdza się, że np. dla zbóż 1–2 rośliny ostrożnia polnego na 1 mkw stanowi próg szkodliwości. Już 2 rośliny na powierzchni 1 mkw powodują spadek plonu zbóż, kukurydzy i okopowych w przedziale 15–20 proc. W badaniach wykazano, że 3 rośliny ostrożnia na 1 mkw pobrały 5 kg azotu, 0,8 kg fosforu, i 4 kg potasu. Stwierdzono, że ostrożeń bardzo aktywnie pobiera również wapń.

Rozmnażanie
Chwast ten rozmnaża się poprzez owoce (niełupki) oraz wegetatywnie za pomocą odrostów korzeniowych z pąków przybyszowych. Na gruntach ornych  nie ma możliwości wytworzenia kwiatów, a tym samym rozmnażania się przez nasiona np. na skutek wycinania lub pielenia na wiosnę i wówczas rozmnaża się tylko wegetatywnie. Nasiona mogą wydać przynajmniej dwuletnie lub starsze rośliny ostrożnia. W pierwszym roku wegetacji osiąga on do 25 cm wysokości, nie zakwita i rozmnaża się tylko wegetatywnie. W drugim roku wegetacji ostrożeń kwitnie i owocuje, a po wydaniu nasion pęd główny zanika. Głównym  źródłem nasion ostrożnia są rośliny w uprawach wieloletnich jak: sady, lasy, szkółki leśne, wiklina, a także miedze, rowy melioracyjne i inne nieużytki.