吉木萨尔县位于新疆维吾尔自治区东北部，准噶尔盆地东南缘，地理坐标为东经88°30′-89°30′，北纬43°30′-45°30′。东邻奇台县，西与阜康市接壤，北越卡拉麦里岭和富蕴相连，南以博格达山分水岭同吐鲁番地区、乌鲁木齐市为界。县城吉木萨尔镇。全县总面积8169.86平方千米，总人口132577人（2003年）。有汉族、回、哈、维吾尔、蒙等13个民族。

地势南北高、中间低，地貌可分为南部山区、中部平原、北部沙漠三种类型。主要河流有二工河、西大龙口河、渭户沟河、白杨河等。属温带大陆性气候，冬季长而严寒，夏季短而炎热，春秋季节不明显，干旱少雨，昼夜温差大。