Вилюйский улус расположен в восточной части Центрально - Якутской равнины, северо - западнее центральных улусов Республики Саха (Якутия). Площадь составляет 55,2 тыс.кв.км. Границы улуса с соседними улусами проходят в основном по естественным рубежам: на севере по водоразделам системы реки Тюнг и Линде с Оленекским и Жиганскими улусами. На западе по рекам Тюнг и Чыбыда с Верхневилюйским, на северо - востоке по речке Танара с Кобяйским, на востоке с Горным улусами. Расстояние от Якутска до Вилюйска составляет наземным путем 592 км, воздушным - 535 км, водным - 732 км. Из группы вилюйских улусов, Вилюйский улус - самый холодный, что объясняется его географическим положением.Территория улуса находится непосредственно в районе добычи газа.
Река Вилюй пересекает территорию улуса в широтном направлении на протяжении 200 км. Почти все реки улуса к речной системе Вилюя. По территории улуса протекают Вилюй с притоками Чыбыда, Быракан, Танара, Баппагай, Лунха, Тюнг, Мунхарыма, Уоранга, Тымпылыкан. Только на северо-восточной границе протекают река Лена и ее приток Линда.
В улусе много озер, общая площадь которой равна 295 тыс.га. Самыми крупными считаются Мастаах и Боогуда. Указом I Президента РС (Я) М.Е. Николаева Мастаах включен в список особо охраняемых озер республики.
Леса занимают 67,6% территории улуса. На долю хвойных лесов приходится 88,2% лесопокрытых площадей. Главным породообразующим деревом является лиственница даурская. Сосновые леса занимают 8,5%. Еловые леса занимают всего лишь 0,81%. Лиственные леса и кустарники занимают 11,8% лесопокрытых площадей территории улуса. Из ягодных кустарников наиболее распространены красная и черная смородина, голубика, жимолость, брусника, толокнянка боровая. Экзотическим видом является черемуха азиатская. Загадочным растением является кедровый стланик - типичное растение гор. Заросли кедрового стланика связаны с распространением тукуланов на территории улуса. Тукуланы - северные песчаные «пустыни», разбросанные среди бескрайнего моря лесов. Дюны достигают от 3 до 20 м высоты. Считают, что тукуланы - это остаток необычной, своеобразной пустыни, некогда занимавшей некогда огромные площади.На территории улуса в изобилии растут дикий лук, грибы.
Вюййской тайге обитают большинство из 200 видов птиц и млекопитающих таежной зоны Якутии. Из таежных млекопитающих: соболь, росомаха, рысь, ласка, красная, красно - серая полевки. Распространены виды животных, обитающих в тундре: заяц - беляк, полевка, песец. Характерны виды, общие для всей лесной зоны: белка, бурундук, бурый медведь, волк, лисица, колонок, горностай и др. Из парнокопытных распространены лось, северный олень, косуля. В озерах хорошо прижилась ондатра - животное североамериканского происхождения, завезенное в 30-х годах с Канады.
В весенне - осенний период через территорию улуса перелетают водоплавающие птицы в сторону тундры и обратно. Часть птиц остается на гнездование. Наиболее распространены среди них: чирок - свистунок, кряква, хохлатая чернеть, широконоска, свиязь. Около 30 видов птиц зимуют в тайге. Часто встречаются рябчики, тетерева, куропатки, реже глухари, из мелких зерноядных - снегири, чечетки, хлесты и воробьи. В безлюдных урочищах обитают хищные птицы - беркуты и орланы, занесенные в Красную книгу Якутии и России. Из других видов птиц, занесенных в Красную книгу, у нас обитают серый журавль, клоктун, вальдшнеп, скопи, сапсан и др.
В водоемах обитают 20 видов рыб, из них 18 имеют промысловое значение. Ценные породы: ленок, нельма, чир, муксун, осетр, таймень.
(из статьи Н.П. Петрова "Географические и природные условия Вилюйского улуса", книга "Вилюйский улус: история, культура, фольклор").