米林縣地處西藏東部、雅魯藏布江中游、念青唐古拉山與喜馬拉雅山之間。西部與朗縣、北部與林芝縣、西北部與工布江達縣相毗鄰，南部與印度接攘，邊境線長180公里。

全縣東西狹長，西高東低，多寬谷，相對高度相差較小，全縣平均海拔3700米，呈山河谷地形。

米林縣屬高原溫帶半濕潤季風氣候區，年平均氣溫8.2℃，降水量641毫升，85的雨水集中在6－9月份，無霜期為170天。印度洋與孟加拉灣暖流通過雅魯藏布江通道，形成亞熱帶、溫帶、寒帶并存的特殊氣候。
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