Карським морем Півострів Ямал розташований на півночі Західного Сибіру, із заходу омивається Карським морем (зокрема його Байдарацькою губою), зі сходу – Обською губою. На півночі від півострова, за неширокою протокою Малигіна, розташований острів Білий.
На заході автономний округ межує з Республікою Комі та Ненецьким автономним округом, на півдні – з Ханти-Мансійським автономним округом – Югрою, на сході – з Красноярським краєм і Таймирським (Долгано-Ненецьким) автономним округом, на півночі – омивається Карським морем Північного Льодовитого океану.
У Ямало-Ненецькому окрузі проживає три корінних нечисленних народи Півночі: ненці, селькупи, ханти. Мови цих народів: ненецьку, селькупську, хантыйскую можуть використовуватися в офіційному діловодстві в місцях традиційного їх проживання.