尼勒克县位于新疆维吾尔自治区西北部，伊犁河上游，中天山西段喀什河河谷地带。西与伊宁县接壤，西南与巩留县隔河相望，东南与新源县毗邻，东与和静县为界，北与精河县为界。县城尼勒克镇距乌鲁木齐市公路里程559千米。全县总面积10129.95平方千米，总人口16万人（2003年）。

全县由东向西延伸，呈长条形，似柳叶状，地势四周高山环绕，峡谷遍布，东北高，西南低，中间夹河谷阶地，由四山夹两河，自北向南相间排列。有高、中山地和低山、湖四大地貌。有喀什河、巩乃斯河等河流。属北温带大陆性气候，山区气候特征明显，日照长，年均气温5.7摄氏度，年均降水353毫米。