吉木萨尔县位于新疆维吾尔自治区天山北麓东端，准噶尔盆地东南缘，东经88°30′～89°30′，北纬43°30′～45°，东邻奇台县，西与阜康市接壤，北越卡拉麦里岭和富蕴县相连，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8848平方公里，下辖5乡4镇，206个行政村。

县城西距自治区首府乌鲁木齐市160公里，距昌吉回族自治州首府昌吉市206公里。全县总面积8848平方公里，下辖3乡6镇，206个行政村，境内有新疆生产建设兵团农六师2个团场，有汉族、回族、哈萨克族、维吾尔族、蒙古族等13个民族，总人口13.2万人，其中少数民族人口占29%。

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。

2018年10月，入选2018年度全国投资潜力百强县市。