尼勒克县地处中天山西段，伊犁地区东北腹地，地理坐标为东径81°58-84°58′，北纬43°25′-44°17′。西与伊宁县接壤，西北与精河县相连，东北与乌苏县相接，东面与和静县毗连，东南与新源县毗连，西南与巩留县隔河相望。县城东距乌鲁木齐600公里，西距伊宁市113公里。尼勒克县四周高山环绕，峡谷遍布，西北面有科古尔琴山，北面有婆罗科努山，东面有依连哈比尔嘎山，南面是阿布热勒山。

　　县境中部、喀什河贯流全境；县境南部，巩乃斯河流经巩乃斯草原。全县海拔800米到4590米之间。全县有高、中山地和低山、湖四大地貌，有大小河流100余条。全县属温带大陆性气候，山区气候特征明显。年均气温在5.6℃。

　　全县农副土特产品众多，主要有苹果、天山马鹿、贝母、雪鸡、乌骨鸡、天山雪莲等。主要矿产有煤、铁、铜、金、铅、水晶石、石英、重晶石等。