伊犁在北疆。天山山脈將新疆分為南北兩大部分，天山以北為稱為北疆。北疆包括烏魯木齊、克拉瑪依、阿勒泰地區、塔城地區、昌吉、石河子、北屯、可克達拉、伊犁、博爾塔拉等地區。伊犁得名於伊犁河，最早見《漢書》，史稱伊列、伊麗、伊裏等名。伊犁哈薩克自治州最早出現的民族為塞人。
伊犁哈薩克自治州地域跨度大，自然地貌特色明顯。其中由三大山系阿爾泰山、準噶爾山、天山山脈及其水系構成自治州重要的人文和自然經濟區。地貌類型複雜多樣，主要劃分為4類，即山地，分佈在境內西南部、東北部和準噶爾盆地西部；丘陵分佈在山麓緩坡地帶；平原分佈在天山谷地、烏倫古河河谷、額爾齊斯河河谷、準噶爾盆地及盆地西部山區山間谷地；沙漠分佈在沙灣、烏蘇、富藴、福海、布爾津、哈巴河、吉木乃、霍城等縣（市）。
伊犁哈薩克自治州境內有283條河流，主要有伊犁河（支流有特克斯河、鞏乃斯河、喀什河3大河流）、額爾齊斯河（中國唯一流入北冰洋的河流，較大支流有喀拉額爾齊斯河、卡依爾特斯河、布爾津河、哈巴河、庫依爾特斯河、別列孜河、克蘭河）、烏倫古河（有兩條較大支流佈爾根河和青格里河）、額敏河、奎屯河。
伊犁哈薩克自治州水資源總量343.26億立方米，地表水年徑流量331.24億立方米，地下水平均年徑流量169.84億立方米，水能儲量1249.4萬千瓦，可開發建設0.6萬千瓦以上一級和梯級電站的壩址128個，總裝機容量可達647.49萬千瓦，年發電量可達259.86億千瓦小時。
