克拉瑪依市位於新疆維吾爾自治區西北部，東經80°44′-86°1′、北緯44°7′-46°8′。東北與和布克賽爾蒙古自治縣相鄰，東南與沙灣縣相接，西部與托里縣和烏蘇縣毗連，南邊奎屯市把獨山子區隔開（距市區150千米，使這個區成為克拉瑪依市的一塊飛地）。市域東西最寬距離110.3千米， 南北最長距離240.3千米，總面積7734平方千米。總人口30萬人（2012年）。有漢、維吾爾、哈薩克、回、蒙等。全市轄4個市轄區：獨山子區、克拉瑪依區、白鹼灘區、烏爾禾區。市政府駐克拉瑪依區，距新疆首府烏魯木齊公路里程313千米，飛機航程280千米。
地處準噶爾盆地西北緣，西北傍加依爾山，南依天山北麓，東瀕古爾班通古特沙漠北部。地形呈斜條狀，南北長，東西窄，西北高，東南低，絕大部分地區為戈壁灘，在海拔500米以下。平均海拔400米左右，最低點在艾裡克湖，海拔250米左右；獨山子山海拔1283米，為境內最高山峰。市區西部有加依爾山、青克斯山；北邊有阿拉特山；中部、東部地形開闊平坦，向準噶爾盆地中心傾斜；南部獨山子海拔1283米。主要河流有白楊河、克拉蘇河、達爾布圖河、瑪納斯河，獨山子有奎屯河。湖泊有艾裡克湖。屬典型大陸性氣候，乾旱少雨、春秋多風，年平均氣溫8.1℃，7月平均氣溫27.6℃，1月平均為-16.3℃，年平均降水量108.9毫米，年平均蒸發量達3008.9毫米，無霜期225天，平均日照時數2705.6小時。
克拉瑪依市是我國重要的石油工業生產基地之一，也是一座新興的現代化石油工業城市。工業產品有原油、石油產品和石化產品，其中原油產量佔全疆產油量的1/2。北疆鐵路、烏奎高速公路、312國道橫穿獨山子區之北，217國道縱貫全境，東翼201省道直達首府烏魯木齊市，西翼221省道直通塔城。有航班直飛烏魯木齊。旅遊資源有烏爾禾風城（魔鬼城）、黑油山、西部戈壁公園風景名勝區、九龍潭風景區、白楊林大峽谷、礦史陳列館、克拉瑪依一號井等。
克拉瑪依，系維吾爾語“黑油”的音譯，得名於市區附近的一座天然瀝青丘——黑油山。1955年10月29日黑油山第一口油井噴油，當時取名為克拉瑪依油田，是新中國成立後開發的第一個大油田。建市前，獨山子鎮為新疆維吾爾自治區人民委員會直接領導的縣級建制鎮，其餘各地均為鄰縣轄區。其中烏爾禾屬於和布克賽爾縣；大、中、小拐屬沙灣縣，克拉瑪依地區屬託裡縣。
1957年1月24日，新疆維吾爾自治區人民委員會第14次會議決定設立克拉瑪依市。1958年5月29日，國務院批准設立克拉瑪依市（縣級）；同年7月25日，克拉瑪依市召開第一屆人民代表大會第一次會議，宣告克拉瑪依市成立。1958年克拉瑪依設市後，行政區域包括克拉瑪依、獨山子、六十戶、烏爾禾、百口泉、紅山嘴、前山撈壩、白鹼灘、小拐、中拐、大拐等地區，下設獨山子和烏爾禾兩個區；撤銷獨山子鎮人民委員會建制。
1982年2月16日，自治區人民政府批准克拉瑪依市為設區的地（州）級市，下設克拉瑪依、獨山子、白鹼灘、烏爾禾4個區。1984年8月17日，自治區決定克拉瑪依市為直轄的不設區的縣級市，下轄街道辦事處和鄉、鎮。1990年1月8日，自治區恢復克拉瑪依市為地級市。
1997年，全市總人口（不含新疆生產建設兵團人口）254560人。其中漢族人口占總人數的76.5%；少數民族人口占23.5%。
1999年4月，克拉瑪依市下設克拉瑪依、獨山子、烏爾禾、白鹼灘4個區，烏爾禾、小拐2個鄉和勝利路、崑崙路、天山路、銀河路、金龍鎮、五五新鎮、金山路、西寧路、北村、中興路、三平鎮、百口泉等街道。
2000年第五次人口普查，克拉瑪依市常住總人口270232人。其中：獨山子區50732人、克拉瑪依區145452人、白鹼灘區64297人、烏爾禾區9751人。
2003年，全市總面積9500平方千米，總人口261118人，轄4個區，即獨山子區、克拉瑪依區、白鹼灘區、烏爾禾區。市政府駐克拉瑪依區。
2010年第六次人口普查，克拉瑪依市常住總人口391008人，其中：獨山子區69361人，克拉瑪依區261445人，白鹼灘區50422人，烏爾禾區9780人。
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