شهرستان ملاير در گستره اي به مساحت3238 کيلومتر مربع حدود (17 درصد از مساحت استان) و در مدار 34 درجه و 20 دقيقه عرض شمالي و 48 درجه و 51 دقيقه طول شرقي از نصف النهار گرينويچ قرار گرفته است .
اين شهرستان به لحاظ مختصات جغرافيايي از طرف شمال به شهرهاي همدان و تويسرکان ، از جنوب به شهرستان بروجرد (استان لرستان) از سمت شرق به شهرستان شازند (استان مرکزي) و از سوي مغرب به شهرستان نهاوند محدود مي شود .
مورخان در مورد وجه تسميه ملاير ، نظرات مختلفي ارائه نموده اند از جمله گفته اند در زمان مادها در اين منطقه با روشن کردن آتش ، بر روي تپه ها و کوهها ، اخبار را به ساير مناطق اعلام مي کرده اند و از اين روي اين منطقه را «مل آگر» به معني تپه آتش مي ناميدند .
اين منطقه از زمانهاي بسيار دور ، منطقه اي آباد و پرجمعيت بوده است که آباديهايي نظير مانيزان ، جوراب (گوراب) اسکنان و بناها و آثاري چون دژ گوراب و تپه نوشيجان قدمت تاريخي اين منطقه است .
بناي شهر ملاير مقارن است با حکومت فتحعلي شاه قاجار در سال 1188 هجري شمسي که در آغاز دولت آباد ناميده مي شده که بعداً با انقراض سلسله قاجاريه، به ملاير تغيير يافته است .
روايتي ديگر حاکي است همزمان با ورود اسلام به ايران (همه اعراب) سپاهيان عرب که در اين منطقه به دنبال آب بوده و آنرا نيافته گزارش داده بودند که (ماء لا يري) آب ديده نمي شود و بعدها اين عبارت در اثر تکرار به ملاير تبديل شده است .
اين شهرستان داراي آب و هواي نيمه خشک و سرد بوده و بر اساس نتايج حاصل از آناليز آمار بارش ايستگاه هواشناسي، ميانگين بارندگي در آن در سال 1386 - 3/260 ميليمتر و ميانگين درجه حرارت آن 4/13 درجه سانتيگراد مي باشد .
از کل وسعت شهرستان ملاير حدود 600 کيلومتر مربع آن را دشت و بقيه را ارتفاعات حاشيه اي کوهستاني تشکيل مي دهد ، کوه لشگردر با 2928 متر ارتفاع، کوه گرمه با ارتفاع 2206 ، و کوه سرده ( در شمال شرق شهر ملاير) با ارتفاع 2777 متر و کوه يزدجرد در جنوب شهرستان ملاير با ارتفاع 2487 متر از سطح دريا، بلندترين نقاط اين شهرستان مي باشند پست ترين نقطه اين شهرستان 1550 متر از سطح دريا ارتفاع دارد




