克拉玛依市位于新疆维吾尔自治区西北部，东经80°44′-86°1′、北纬44°7′-46°8′。东北与和布克赛尔蒙古自治县相邻，东南与沙湾县相接，西部与托里县和乌苏县毗连，南边奎屯市把独山子区隔开（距市区150千米，使这个区成为克拉玛依市的一块飞地）。市域东西最宽距离110.3千米， 南北最长距离240.3千米，总面积7734平方千米。总人口30万人（2012年）。有汉、维吾尔、哈萨克、回、蒙等。全市辖4个市辖区：独山子区、克拉玛依区、白碱滩区、乌尔禾区。市政府驻克拉玛依区，距新疆首府乌鲁木齐公路里程313千米，飞机航程280千米。
地处准噶尔盆地西北缘，西北傍加依尔山，南依天山北麓，东濒古尔班通古特沙漠北部。地形呈斜条状，南北长，东西窄，西北高，东南低，绝大部分地区为戈壁滩，在海拔500米以下。平均海拔400米左右，最低点在艾里克湖，海拔250米左右；独山子山海拔1283米，为境内最高山峰。市区西部有加依尔山、青克斯山；北边有阿拉特山；中部、东部地形开阔平坦，向准噶尔盆地中心倾斜；南部独山子海拔1283米。主要河流有白杨河、克拉苏河、达尔布图河、玛纳斯河，独山子有奎屯河。湖泊有艾里克湖。属典型大陆性气候，干旱少雨、春秋多风，年平均气温8.1℃，7月平均气温27.6℃，1月平均为-16.3℃，年平均降水量108.9毫米，年平均蒸发量达3008.9毫米，无霜期225天，平均日照时数2705.6小时。
克拉玛依市是我国重要的石油工业生产基地之一，也是一座新兴的现代化石油工业城市。工业产品有原油、石油产品和石化产品，其中原油产量占全疆产油量的1/2。北疆铁路、乌奎高速公路、312国道横穿独山子区之北，217国道纵贯全境，东翼201省道直达首府乌鲁木齐市，西翼221省道直通塔城。有航班直飞乌鲁木齐。旅游资源有乌尔禾风城（魔鬼城）、黑油山、西部戈壁公园风景名胜区、九龙潭风景区、白杨林大峡谷、矿史陈列馆、克拉玛依一号井等。
克拉玛依，系维吾尔语“黑油”的音译，得名于市区附近的一座天然沥青丘——黑油山。1955年10月29日黑油山第一口油井喷油，当时取名为克拉玛依油田，是新中国成立后开发的第一个大油田。建市前，独山子镇为新疆维吾尔自治区人民委员会直接领导的县级建制镇，其余各地均为邻县辖区。其中乌尔禾属于和布克赛尔县；大、中、小拐属沙湾县，克拉玛依地区属托里县。
1957年1月24日，新疆维吾尔自治区人民委员会第14次会议决定设立克拉玛依市。1958年5月29日，国务院批准设立克拉玛依市（县级）；同年7月25日，克拉玛依市召开第一届人民代表大会第一次会议，宣告克拉玛依市成立。1958年克拉玛依设市后，行政区域包括克拉玛依、独山子、六十户、乌尔禾、百口泉、红山嘴、前山捞坝、白碱滩、小拐、中拐、大拐等地区，下设独山子和乌尔禾两个区；撤销独山子镇人民委员会建制。
1982年2月16日，自治区人民政府批准克拉玛依市为设区的地（州）级市，下设克拉玛依、独山子、白碱滩、乌尔禾4个区。1984年8月17日，自治区决定克拉玛依市为直辖的不设区的县级市，下辖街道办事处和乡、镇。1990年1月8日，自治区恢复克拉玛依市为地级市。
1997年，全市总人口（不含新疆生产建设兵团人口）254560人。其中汉族人口占总人数的76.5%；少数民族人口占23.5%。
1999年4月，克拉玛依市下设克拉玛依、独山子、乌尔禾、白碱滩4个区，乌尔禾、小拐2个乡和胜利路、昆仑路、天山路、银河路、金龙镇、五五新镇、金山路、西宁路、北村、中兴路、三平镇、百口泉等街道。
2000年第五次人口普查，克拉玛依市常住总人口270232人。其中：独山子区50732人、克拉玛依区145452人、白碱滩区64297人、乌尔禾区9751人。
2003年，全市总面积9500平方千米，总人口261118人，辖4个区，即独山子区、克拉玛依区、白碱滩区、乌尔禾区。市政府驻克拉玛依区。
2010年第六次人口普查，克拉玛依市常住总人口391008人，其中：独山子区69361人，克拉玛依区261445人，白碱滩区50422人，乌尔禾区9780人。
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