温泉县隶属新疆维吾尔自治区博尔塔拉蒙古自治州，位于新疆维吾尔自治区西北部，博尔塔拉河上游河谷地带，天山西段北麓、准噶尔盆地西缘。东邻博乐市，南隔别珍套山与霍城县相傍，西部和北部分别以空郭罗鄂博山和阿拉套山西段为界与哈萨克斯坦毗邻。县城博格达尔镇距乌鲁木齐市公路里程625千米。县境西北部同哈萨克斯坦接壤，国境线276公里。全县总面积5904.85平方千米，总人口73071人（2003年）。

温泉县西、南、北三面环山，中部为一条狭窄的谷地长廊。属温带干旱气候区，年均气温3.7℃，年均降水202毫米。属大陆性中温带干旱半干旱气候，春秋季节特点不明显，冬季严寒漫长，夏季不炎热，春季升温缓而不稳定，秋季降温迅速，干燥少雨，温差悬殊。由于东部为准葛尔盆地的因素，冬季逆温层较厚，分布规律为由西向东逐渐薄。身处山区谷地的原因，温泉县气候冬暖夏凉，8至10月秋高气爽。