Les premières investigations ont mentionné que l'espèce se trouve de préférence dans les forêts tropicales à des altitudes comprises entre 750 et 950 mètres au-dessus du niveau de la mer, les forêts secondaires et semi-inondées. Un chercheur a fait des observations à proximité de rivières ou dans des zones inondées à moins de 20 mètres de ceux-ci et a suggéré que cela pourrait indiquer une préférence de l'espèce pour ce type d'habitats. Proyecto Mono Tocón a pu vérifier que l'espèce est également répartie dans des zones éloignées des sources d'eau et même à une altitude beaucoup plus basse que celle initialement envisagée (216 m).
L'espèce se trouve dans la même région que d'autres primates endémiques et menacés (Lagothrix flavicauda et Aotus miconax), cependant, on ne les trouve pas en sympatrie, puisque ces espèces se trouvent au-dessus de 1500 mètres d'altitude dans les montagnes entourant l'aire de répartition de Plecturocebus oenanthe.
Les titis ou Tocones, comme on les appelle localement, sont monogames et vivent en petits groupes familiaux. Dans la première étude éthologique réalisée sur l'espèce, un groupe de cinq individus (un couple adulte et leurs trois descendants) a été étudié sur une superficie de 2,5 hectares. Cette étude a déterminé que le régime alimentaire de l'espèce est principalement composé de fruits (45 %) et d'insectes (39 %), bien que l'ingestion de graines, de feuilles, de fleurs et de pousses ait également été observée. Le singe titi de San Martín se trouvent fréquemment en compagnie d’un autre primate, les Tamarin des Andes (Leontocebus leucogenys).
