天山山系位於歐亞大陸腹地，平均海拔約4000米，東起中國新疆哈密星星峽戈壁，西至烏茲別克斯坦的克孜勒庫姆沙漠，近東西向延伸，橫跨中國、哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦和烏茲別克斯坦４國，在中國新疆境內綿延約1760公里。新疆天山佔天山山系總長度的三分之二以上，擁有天山最高峰托木爾峰（海拔7443米），平均寬度300公里，是中溫帶準噶爾盆地和暖溫帶塔裏木盆地的天然地理分界，南北被塔克拉瑪幹沙漠和古爾班通古特兩大沙漠環抱。聯合國教科文組織在對新疆天山的評語中寫道，新疆天山具有景觀和生物生態演化過程的完整性，符合世界自然遺産保護和管理要求。