Molybdeenimetallia ei esiinny luonnossa vapaassa tilassaan. Molybdeenin päämineraali on molybdeniitti (molybdeenidisulfidi, MoS₂).
Maapallon molybdeenivarannot ovat pienet, sen pitoisuus on vain 0,001 % maankuoren painosta, ja molybdeenimalmin kokonaisvarannot ovat noin 15 miljoonaa tonnia, pääasiassa Yhdysvaltoihin, Kiina, Chile, Venäjä, Kanada ja muut maat. Kiinan todistetut molybdeenimetallivarannot ovat 1,72 miljoonaa tonnia ja perusvarannot 3,43 miljoonaa tonnia, mikä on toisella sijalla maailmassa Yhdysvaltojen jälkeen. Molybdeenimalmia on keskittynyt neljään maakuntaan: Shaanxiin, Henaniin, Jiliniin ja Liaoningiin.