克拉玛依位于新疆西北部，地处准噶尔盆地西北缘，在加依尔山东麓，面积7333.58平方千米，常住人口49万（2023年）。
克拉玛依东、西、北三面被塔城地区包围，南边还有块飞地独山子区，中间隔着属自治区的胡杨河市、伊犁州的奎屯市。新疆生产建设兵团第七师主要驻地就在胡杨河市和奎屯市，少部分驻乌苏市和克拉玛依独山子区。
引额济克工程，将额尔齐斯河水引入克拉玛依，在市中心形成穿城河，市中心纬度是45°34′48″。克拉玛依市的九龙潭，是引额济克的进水口，水流从8条巨龙口中喷出，形成宽约10米、高8米的瀑布，倾泻而下。
1909年（清朝末帝宣统元年），独山子完成第一口油井后，开始了石油生产开发的初始阶段。克拉玛依市区东北角有一群天然沥青丘，即黑油山，“克拉玛依”系维吾尔语和哈萨克语中“黑油”的音译，现在是祖国的西北边陲的“石油城。
克拉玛依石油、天然气、油砂探明资源储量大、分布集中，矿产资源开发条件好，基础设施条件较完备，是我国重要的油气资源基地。
克拉玛依探明石油地质储量17.9亿吨（新疆为33.1亿吨），天然气地质储量688亿立方米（新疆为7898亿立方米）。克拉玛依石油天然气不仅储量大，而且油层浅，原油质地优良，分布状况是横向连片，纵向叠合，由多种油气层系和油藏类型组成，主要分布在准噶尔盆地腹部、西北缘和南缘地区。
来到克拉玛依，到处都是高大的采油井架和采油机，这些采油机当地人称为“磕头机”，一直简单地重复叩首、抬头的动作，磕头机分布密集、数量众多，在戈壁滩上永不停息地运作，场面十分壮观。
克拉玛依乌尔禾魔鬼城，是典型的雅丹地貌，由间歇洪流的冲刷和长期强劲风力吹蚀，让人感叹大自然的鬼斧神工。这里土丘侧壁陡立，脚下全都是干裂的黄土，寸草不生，四周一片死寂，当风吹起时，会发出呜呜的声音，让人感觉阴森恐怖，因此称为魔鬼城。
独子山区地处天山北麓、准噶尔盆地西南缘，城区中心纬度是北纬44°19′47″，距克拉玛依市中心约150千米。独山子地名来源于西南部的独山，海拔1283.4米，因其不与其他山体相连，独立于戈壁中而得名。
独山子大峡谷位于独山子区南部，谷底宽100-400米，谷肩宽800-1000米，从谷底到谷肩高约200米。