大河沿子鎮位于準格爾盆地西南邊緣，天山支脈婆羅科努山北麓，精河縣城西部，312國道以北，南至科古爾琴山與伊犁地區的伊寧縣、尼勒克縣相鄰，北隔博爾塔拉河與博樂市相望，東與新疆生產建設兵團農五師83團毗鄰，西連博樂市，西北鄰阿合奇農場，總面積為1435.45平方千米，是博爾塔拉蒙古自治州最大的鎮。鎮政府駐大河沿子，東距精河縣城53千米，南距烏一伊公路8千米；地跨東經81°44′—82°30′、北緯44°12′—44°40′。鎮名源于大河沿子河，河兩岸植被蔥郁，水草豐茂。屬于溫帶大陸性氣候。