【目的】针对我国棉花种植科学布局及其应对气候变化的需求，利用物种分布模型方法，定量模拟玛纳斯河流域棉花的适宜分布及其对未来气候变化的可能响应，助于理解干旱区流域棉花种植的生态适宜性及其环境驱动机制。【方法】基于玛纳斯河流域61条棉花种植记录和R软件筛选的8个环境因子，整合GIS空间分析和MaxEnt模型，分析基准气候（1970—2000年）及2040时段（SSP245情景）流域棉花的适宜分布范围与空间分布特征。利用环境因子贡献值、置换重要性值及刀切法定量分析影响棉花分布的关键环境因子，并利用GIS空间分析提取适宜分布区内关键因子的阈值范围。【结果】①基准气候下，棉花的高度、中度适宜分布区分别占流域总面积的9.64%和12.19%，主要分布在绿洲区44°～45°N，包括沙湾县132团、133团、141团和144团，玛纳斯县149团、150团、夹河子水库和跃进水库，以及石河子市中部和北部，奎屯市南部，乌苏市北部和克拉玛依市东北部；②平均气温日较差、土壤酸碱度、太阳辐射是影响玛纳斯河流域棉花适宜分布的关键因子，累积贡献率达74.4%，适宜分布区内3个因子的数值范围分别为0.50～13.0℃、5.7～8.7、1377～1530 kJ/(m2·day)；③与基准气候相比，2040时段玛纳斯河流域棉花的适宜分布区呈明显的破碎化减少和破碎化增加趋势，但总体减少，面积占流域总面积的1.5%，向沙湾县绿洲区南部与西北部、玛纳斯县和奎屯市绿洲区南缘和克拉玛依市东北部缩减。【结论】本研究结果对玛纳斯河流域棉花科学种植和稳定生产具有重要现实意义。