Der Wald-Sauerklee ist eine ausgesprochene Schattenpflanze, die sich auf sehr schattige Standorte unter dem Kronendach des Waldes spezialisiert hat. Bereits nur 1% des vollen Sonnenlichts reichen ihm für die Photosynthese. Möglich wird dies unter anderem durch einen hohen Gehalt an Chlorophyll b. Dieser Chlorophyll-Typ nutzt grünlich-gelbe Lichtanteile, die am ehestens im Streulicht unter dem Kronendach zu finden sind. Die Blätter sind sehr dünn, so dass alle Chloroplasten optimal vom Licht erreicht werden. Der Wald-Sauerklee hat ausserdem eine sehr niedrige Stoffwechselrate, so dass der Energie- und Baustoffbedarf tief ist und damit auch weniger Photosynthese nötig wird. Fällt hingegen zu viel Licht auf die Blätter, dann kann nicht das ganze Licht für die Zuckerproduktion verwertet werden und es entstehen stattdessen schädliche, hochreaktive Stoffe. Vor länger dauernden Lichtimpulsen («Sunflecks»), die im Wald immer wieder durch Bewegungen von Ästen und Blättern in der Baumkrone entstehen, resp. auch vorkommen, wenn durch den Sonnenstand gerade Sonnenlicht durch eine Lücke in der Krone scheint, muss sich der Wald-Sauerklee deshalb schützen. Deshalb klappen die Blätter innerhalb von wenigen Minuten zusammen, sobald sie starkem Licht ausgesetzt sind, womit sich die auf die Blattfläche einfallende Lichtmenge verringert. Der Mechanismus erfolgt dabei aktiv über Änderungen im Wasserdruck mit speziellen Zellen, die wie Gelenke wirken. Kurze Lichtimpulse von wenigen Sekunden sind für den Wald-Sauerklee hingegen kein Problem, resp. machen sogar einen hohen Anteil an der täglichen Photosynthese-Leistung aus.

Der Wald-Sauerklee ist in allen gemässigten bis boralen Regionen der Nordhemisphäre, also von Europa, Sibirien bis Nordamerika, verbreitet. In Mitteleuropa wächst er bis zur Waldgrenze und selten auch noch darüber hinaus, bis auf 3'000 m ü. M. Er benötigt eine mächtige Rohhumusauflage und feuchten Boden, was typischerweise in Nadelwäldern oder in Laubwäldern von kühl-feuchten Regionen (Jura, Voralpen,..) der Fall ist. An trockenen Standorten fehlt er, weshalb man ihn beispielsweise an Südhängen deutlich seltener antrifft. Man findet den Wald-Sauerklee hauptsächlich in Nadelwäldern oder auch in Mischwäldern unterhalb von Nadelbäumen. Aber auch in Buchenwäldern ist er vertreten, dann jedoch vor allem in den kühl-feuchten Hügel- und Voralpenregionen. Obwohl der Wald-Sauerklee Kalk meidet, wächst er auch über Kalkboden, sofern die Rohhumusauflage genug mächtig ist, so dass die Wurzeln mit dem darunterliegenden kalkhaltigen Oberboden und /oder Mineralboden nicht in Berührung kommen.

Da der Boden an seinen Standorten in der Regel nährstoffarm ist, geht der Wald-Sauerklee Symbiosen mit Mykorrhiza-Pilzen ein, um die Nährstoffaufnahme zu verbessern. Innerhalb der Rohumusschicht bildet er ein Geflecht aus Rhizomen, aus denen die Blätter und Blüten austreiben. Mit dem Rhizom kann er nicht nur Nährstoffe für die Winterruhe einlagern, sondern sich auch vegetativ vermehren und so Teppiche aus Klonen von mehreren Quadratmeter bilden. Die Blüten öffnen sich nur an hellen Tagen, resp. bleiben bei Dunkelheit (trübe Tage) und Regen, aber auch bei direktem Sonnenlicht, geschlossen. Es findet nur eine geringe Nektarproduktion statt und als Bestäuber werden hauptsächlich Fliegen, Mücken, Käfern und Wildbienen als Bestäuber angelockt. Die violetten Adern an den Kronblättern leiten die Insekten dabei zur Blütenmitte. An Orten, wo nur wenige Insekten vorhanden sind, bilden sich auch kleine Blüten (sogenannte «Kleistogame Blüten»), die sich zwar nie öffnen, dafür aber zur Selbstbefruchtung fähig sind. Als Frucht wird eine Kapsel gebildet, die sich bei Reife explosionsartig öffnet, womit die Samen herausgeschleudert werden. Die Samen selbst sind nur kurzlebig, d.h. bleiben maximal 1 bis 2 Jahre keimfähig.

Kulinarisch gehört der Wald-Sauerklee in die Kategorie «Klein, aber Oho». Durch die enthaltene Oxalsäure haben die Blätter eine intensivn säuerlich-erfrischende Geschmacksnote. Damit ist der Wald-Sauerklee nicht nur ein Snack für heisse Tage, sondern eignet sich auch ideal dazu, um sich (wie mit Zitronen) eine Limonade daraus zu machen. Blätter und Blüten sind auch eine säuerliche Gewürzbeigabe für diverse Gerichte. Dabei muss immer beachtet werden, dass das Aroma durch die starke Hitze im Backofen rasch zerstört wird und es so immer erst am Schluss des Backvorgangs dazugefügt wird. Generell ist ausserdem das Aroma bei den frischen Blättern im Frühling am stärksten. Da ein Teil der Blätter auch überwintert, kann man den Wald-Sauerklee das ganze Jahr über sammeln.

Mit den typischen «Kleen» aus der Familie der Schmetterlingsblütler / Hülsenfrüchte (Fabaceae) ist der Wald-Sauerklee nicht verwandt. Er gehört stattdessen zur Familie der Sauerkleegewächse (Oxalidaceae).