Espèce d’amphibien endémique de la côte pacifique de la Colombie.
Phyllobates bicolor se rencontre dans les forêts tropicales humides des départements du Cauca, du Chocó, de Risaralda et de Valle del Cauca, à une altitude comprise entre 400 et 1 500 m, présentant une température d’au moins 25 °C et une humidité relative élevée.

Chez Phyllobates bicolor, il y a peu de dimorphisme sexuel sauf du point de vue de la taille, les femelles étant généralement plus grandes. Les mâles adultes, dont la longueur maximale du museau au cloaque varie entre 32 mm et 40 mm, sont en effet un peu plus petits en moyenne que les femelles, qui mesurent de 35 mm à 43 mm.