克孜勒苏柯尔克孜自治州位于新疆维吾尔自治区西部，地处北纬37°41＇28”～41°49＇41”、东经73°26＇05”～78°59＇02”之间。地跨天山山脉西南部、帕米尔高原东部、昆仑山北坡和塔里木盆地西北缘。自治州北部和西部分别与吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦两国接壤，边境线长达1195多千米；东部与阿克苏地区相连；南部与喀什地区毗邻。全州东西长约500千米、南北宽约140千米，面积7．25万平方千米。
截至2007年6月，克州辖一市三县（阿图什市、阿克陶县、乌恰县、阿合奇县）、37个乡（镇）场（其中牧区26个）。
中华人民共和国成立之初，境内仍分属新疆省的喀什专区和阿克苏专区。 1954年克孜勒苏柯尔克孜自治州成立，隶属于新疆省，1955年10月隶属于新疆维吾尔自治区。
克孜勒苏柯尔克孜自治州主要地貌类型有：山地、河谷、盆地、平原、沙漠、戈壁、冰川等。该州地处年轻的帕米尔高原上，帕米尔高原寒武纪时期隆起，华里西时期断裂，并发生剧烈升降，形成拗陷和褶皱。地质结构复杂，主要为新生界第四系地层。自治州境内多山，山地占全州总面积的90%以上。境内群山起伏，高峰林立，山顶常年戴雪，积雪厚度达百米以上；山间分布着条条冰川，并有冰洞、冰舌、冰斗、冰湖等分布。
