沙湾县位于新疆维吾尔自治区北部，石河子市西侧，天山北坡，准噶尔盆地南缘。东与石河子市、玛纳斯县相邻，南与和静县、尼勒克县相接，西与乌苏市、奎屯市、克拉玛依市相连，北与和布克赛尔蒙古自治县相交。县城三道河子镇距乌鲁木齐市公路里程185千米。全县总面积12460.24平方千米，总人口201845人（2003年）。

地势南高北低，南部为天山支脉依连哈比尔尕山，中部为山前洪积—冲积绿洲平原，北部为古尔班通古特沙漠。水资源有玛纳斯河、宁家河、金沟河、大南沟河和安集海水库等。属北温带大陆性干旱气候，日照充足，热量丰富，四季分明，年均气温6.9℃，年均降水185毫米。