天山山脉位于40°N~44°N，70°E~90°E之间。西起乌兹别克斯坦克孜勒库姆，东至中国新疆哈密星星峡，走向为西-西南向东-东北延伸约2，500公里，主要跨越中国与吉尔吉斯边界，将古突厥斯坦一分为二。东段和极西的一些地方宽约500公里，但在中段宽度为350公里。