천리마군은 동쪽으로 대동강 너머 평양시 락랑구역과 만경대구역, 서쪽으로 평양시 강서구역, 남쪽으로 대안군과 강서군, 북쪽으로 대동군과 접해 있다. 동경 125°31′∼125°37′, 북위 38°51′∼39°02′ 사이에 위치하며, 인구는 13만 9,489명(2008년 기준)이다. 면적은 미상이다.
1983년에 대안시의 일부 지역을 분리하여 구역을 신설하면서, 천리마운동이 시작된 강선제강연합기업소(현재 천리마제강연합기업소)가 위치하기 때문에 천리마라는 지명이 생겨났다. 천리마는 전설로 전해지는 말의 이름이다.. 천리마는 전설상에 전해지는 말의 이름이다.
대동강 서쪽으로 뻗은 산줄기가 군을 가로지르고 있어, 해발 200m 내외에 달하는 낮은 산이 군의 서북쪽에 많이 분포한다. 천진산(天眞山, 287m), 달마산(達馬山, 265), 봉명산(鳳鳴山, 241) 등 해발 200m를 넘는 산을 비롯하여 현암산, 백양산 등이 군의 서북쪽에 있다. 그러나 천리마군의 행정구역은 이들 산지를 벗어난 곳에 펼쳐져 있다.
군의 남쪽으로는 대동강의 지류인 봉상강(鳳翔江)의 주변으로 낮은 구릉지와 충적지가 분포하고 있다. 봉상강은 강서군의 운룡산에서 발원하여 천리마군의 관포동과 강철동에서 대동강에 흘러든다. 봉상강 유역은 대부분 벌과 구릉지대로 이루어져 있고, 기반암은 흑운모화강암이다. 봉상강의 상류에는 강을 막아 건설한 명학저수지가 있다. 이외에 하천으로는 봉상강의 지류인 잠진천이 있다.
해방 이전에는 평안남도 강서군(江西郡)의 일부로, 초리면(草里面)․보림면(普林面)․잉차면(芿次面) 등지에 속하였다. 1952년에 강서군 서포리가 강선로동자구로 승격하였으며, 1957년에 룡강군 대안리를 개편하여 대안로동자구가 설치되었고, 1969년에 강서군 보산리가 보산로동자구로 승격하였다. 이들 3개의 로동자구와 강서읍을 통합하여 1978년 3월에 대안시가 신설되었다.
1983년 3월에 대안시의 역전동, 상봉동, 싸리동, 천진동, 천내동, 봉화동, 중동, 포구동, 새거리동, 달마동, 원정동, 보산동, 문천동, 보봉동, 관포동 일부 지역을 병합하여 천리마구역이 신설되었으며, 이후 강서구역의 대보산리를 편입하였다. 2004년 1월에 군으로 승격하면서 평안남도에 편입되었다. 2010년에 남포시가 특급시로 지정되면서 남포특급시에 편입되었다.
행정구역은 1읍(천리마읍: 옛 역전동), 16동(봉화동, 상봉동, 포구동, 싸리동, 천진동, 천내동, 새거리동, 중동, 달마동, 원정동, 문천동, 보산동, 관포동, 강철동, 대보산동), 1리(고창리)로 구성되어 있다. 역전동은 해방 당시 평안남도 강서군 초리면 강선리에 속하였던 지역으로, 강선(降仙)이라 불리다가 현재는 천리마읍으로 불린다. 군 소재지는 천리마읍이다.
북한의 철강공장과 중공업 공장이 입지해 있는 공업지구로, 철강산업에 종사하는 노동자가 많다. 군의 명칭이 유래한 천리마제강연합기업소는 본래 일제강점기에 일본에 의해 만들어진 미쓰비시 제강회사의 공장이었다. 북한의 주요 철강공장 가운데 하나인 천리마제강연합기업소는 약 1만 3천여 명의 종업원이 종사하는 특급기업소로서 건축 및 건설용 자재에 사용되는 철강과 압연강재를 각각 연간 76만 톤과 55만 톤 이상 생산해내고 있다.
천리마군에는 강선공업대학, 강선금속단과대학과 같은 교육기관을 비롯하여 금속부문의 과학연구기관이 있다. 이밖에 병원과 휴양시설, 문화회관, 경기장 등이 있다.
대동강을 이용하여 평양 및 송림 등지로 연결되고, 평양〜남포 간을 연결하는 남포고속도로가 군의 동쪽을 통과한다. 철도교통은 평양시의 평양역에서 평남온천역을 연결하는 평남선 철도가 통과하며, 천리마읍에 강선역이 있다.