木垒哈萨克自治县地处天山北麓，准噶尔盆地东南缘。东与巴里坤哈萨克自治县接壤，西与奇台县毗邻，南与鄯善县、哈密市相连，北与蒙古国交界（边境线长74公里）。南北长168公里，东西宽128公里，总面积1.28万平方公里。辖2镇、8乡，44个村民委员会。县城距乌鲁木齐市280公里、1995年末总人口为8.77万人，其中哈萨克族占22.63％，汉族占70.16％，其他民族占7.21％。
木垒在西汉时为蒲类国地。盛唐时期隶于北庭都护府下的蒲类县，唐末属高昌。宋代归西辽。元代为蒙古族的游牧地。清代木垒定名“穆垒”，后又改为木垒，隶于镇西府。民国6年（1917年）设木垒河县佐。民国19年（1930年）升格为县。1954年成立木垒哈萨克自治县，属迪化专区管辖。1958年划归昌吉回族自治州。
境内地势东南高，西北开阔。山地占11％，丘陵占24％，平原戈壁占50％，沙漠占15％。有6条山溪性河流，地表水资源量2.88亿立方米，平原区地下水补给量1.34亿立方米。野生动物资源有雪豹、野驴、盘羊、马鹿、北山羊、大鸨、棕熊、鹅喉羚等。野生药用植物资源有雪莲、紫花贝母、肉苁蓉、紫草、甘草、秦艺、柴胡、党参、木通、麻黄等。已发现的矿产资源有金、煤、盐、沸石、石英岩、铜、石灰石、芒硝等。
木垒哈萨克自治县属温带亚干旱气候区。年平均气温5.0℃，极端最高气温36.9℃，极端最低气温-31.8℃。年平均日照时数3 080.6小时，≥10℃的积温2 526.5℃，无霜期 143天。年平均降水量292.6毫米，年平均蒸发量2 181.4毫米。
该县属半农半牧县。现有耕地[link]万公顷（47万亩）、森林9..77万公顷（146.55万亩）、草场140.85 万公顷（2 112.75万亩），还有宜农荒地3.13万公顷（47万亩）、宜林荒地4.35万公顷（65万亩）。农产品有小麦、豌豆、玉米、油料、蔬菜等，特产有天山白豌豆和马铃薯。牲畜有绵羊、绒山羊、牛、马、骆驼、猪等，特产有羊毛和白山羊绒、驼绒。工业以畜产品加工和天山白豌豆为原料的加工业为主。
木垒哈萨克自治县基础设施逐步改善。303省道穿越境内，县乡公路四通八达。光缆通信已投入使用，程控电话已与全国联网。
该县的文化遗迹有四道沟原始村落遗址和唐代独山守捉城、古代传递军情的烽隧、博斯塘岩画群等，风景名胜有原始胡杨林、硅化木群、鸣沙山等。
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