米林市地处西藏自治区东南部 , 林芝市西南部 , 雅鲁藏布江中下游 , 念青唐古拉山脉与喜马拉雅山脉之间 , 位于北纬 28° 39′ -29° 50′ , 东经 93° 07′ -95° 12′。东南部与墨脱县相连 , 西部与朗县相接 , 北部与巴宜区接连，西北部与工布江达县毗邻 , 南部与印控区接壤。全市区域总面积9490平方公里（0.949万平方公里） , 东西长约 239 千米 , 南北跨度 158 千米。

市驻地东多村海拔 2950 米 , 距离西藏自治区首府拉萨市 480 千米 , 距离林芝市 72 千米。

米林市地形东西狭长 , 西高东低 , 多宽谷 , 相对高度相差较小 , 全市平均海拔 3700米 , 呈山河谷地形。境内主要山脉有喜马拉雅山脉和念青唐古拉山脉 , 最高峰南迦巴瓦峰 , 海拔 7782 米 , 是世界第十五高峰 , 它与海拔 7294 米的加拉白垒峰隔江相望。雅鲁藏布江从西向东横贯全境 , 境内河段长 250 千米 , 全市有 5 条较大的支流 , 境内河流总长 1077 千米。米林市属高原温带半湿润季风气候 , 年平均气温 9.3℃ , 年降雨量 652.6毫米 ,85% 的雨水集中在 6—9 月 , 无霜期为 163 天。空气稀薄 , 气温偏低 , 年温差小 ,昼夜温差大。垂直变化明显。

米林市具有林地面积广阔、原始林比重大的特点。共有林地面积 643087.93 公顷，占全市区域总面积的 67.73%。其中有林地 326033.98 公顷、灌木林地 316821.17 公顷、其他林地 232.78 公顷。主要林木品种有冷杉、云杉、高山松、华山松、落叶松、杨、桦、高山栎、青冈和巨柏等。药材种类有虫草、贝母、天麻、丹参、红景天、当归、三七、雪莲、秦艽、沙棘、雪山一枝蒿、及松茸、青冈菌、牛肝菌等多种菌类、蕨类植物。野生动物有野牦牛、叶猴、香獐、水獭、熊、羚羊、野鸡等。矿产资源初步勘探发现有石膏、石灰石、铬、铁、砂金、水晶石及电气石等。

米林市由较多民族组成 , 人口密度相对较小 , 是以农业生产为主的半农半牧市。市内土地资源丰富 , 全市耕地面积 4503.74 公顷，占区域总面积的 0.47%。其中水浇地4014.33 公顷，旱地 489.41 公顷。90% 以上的耕地分布在雅鲁藏布江谷地。主要农作物有小麦、青稞、油菜、豌豆、荞麦等 , 农副土特产品主要有苹果、梨、核桃、桃和藏鸡、藏猪等。拥有草场面积约 304441 公顷。

全市园地面积 257.5 公顷，占全市区域总面积的 0.027%。园地全部为果园，以种植苹果、核桃和毛桃为主。米林市天然草地 240989.95 公顷，占全市区域总面积的25.38%。天然草地分为 3 个草地类，分别是天然牧草地 133558.88 公顷、人工牧草地17.53 公顷、其他草地 107413.54 公顷。全市城镇村及工矿用地面积 1179.48 公顷，占全市区域总面积的 0.12%。该地类主要分布在雅鲁藏布江河谷两岸、公路沿线，地势低平，水草丰美，交通便利。其中建制城面积 101.68 公顷、村庄 892.85 公顷、采矿用地 25.43 公顷、风景名胜及特殊用地 159.52 公顷。全市交通用地面积 935.86 公顷，占全市区域总面积的 0.09%。其中公路用地 280.01 公顷、农村道路用地 289.78 公顷、机场用地 366.07 公顷。米林市水域面积 33117.23 公顷，占全市区域总面积的 3.48%。其中分为河流水面 7947.19 公顷、湖泊水面 3697 公顷、坑塘水面 39 公顷、内陆滩涂6811.52 公顷、沟渠 32.93 公顷、水工建筑用地 4.78 公顷、冰川及永久积雪 14584.81 公顷。

全市其他土地面积 25385.29 公顷，占全市区域总面积的 2.67%。其中分为设施农用地 4.12公顷、田坎 57.38 公顷、沼泽地 51.35 公顷、沙地 810.13 公顷、裸地 24462.31 公顷。