新疆全境地形轮廓呈现“三山夹两盆”的地形特色。“三山”即北部的阿尔泰山、中部的天山和南部的昆仑山及喀喇昆仑山；“两盆”即北部的准噶尔盆地、南部的塔里木盆地。以天山山脉为中轴，把新疆分为北疆和南疆两个自然条件有明显差异的部分。习惯上，吐鲁番、哈密一带又称东疆。

　　天山是亚洲最大的山系，东西长约2　500公里，南北宽约250～300公里。由三列大致平行的山岭组成，崇山峻岭之间形成大小不等、高度不一的盆地和谷地，如伊犁谷地、大小尤勒都斯盆地、焉耆盆地、吐鲁番盆地和哈密盆地。天山最高峰为托木尔峰，海拔7　435.5米，位于乌鲁木齐东的博格达峰海拔为5　445米。天山东端的吐鲁番盆地海拔－154米，是中国陆地最低点。阿尔泰山因盛产黄金被称为金山，其主体在蒙古国境内呈西北至东南走向，约有400公里，海拔2　000～3　000米以上，最高峰是友谊峰，海拔4　373米。昆仑山和喀喇昆仑山均起自帕米尔高原，并行逶迤向东，喀喇昆仑山入藏北与冈底斯山相连，昆仑山经新疆、西藏地界进入青海、四川。昆仑山在新疆绵延1　800公里，宽150公里，山脊大多海拔5　000米以上。其中公格尔峰海拔7　719米，公格尔九别峰海拔7　595米，慕士塔格峰海拔7　546米，被称为冰山之父，三峰又誉为昆仑三雄。喀喇昆仑山群峰都在海拔5　000～6　000米以上，其中乔戈里峰位于中国和巴基斯坦边界，海拔8　611米，为世界第二高峰，也是新疆最高峰。有“万山之父”之誉的帕米尔高原是由喀喇昆仑山、天山和兴都库什山交汇而成。

　　准噶尔盆地处在天山、阿尔泰山之间，面积18万平方公里，平均海拔500米。盆地南缘为天山脚下的冲积型平原，已形成绿洲农业区；盆地中部为古尔班通古特沙漠，面积4.5万平方公里，为中国第二大沙漠；盆地西部有阿拉山口、额尔齐斯河谷，自古即为交通要道。塔里木盆地在天山以南，是高原环抱的内陆盆地，仅东端与河西走廊相通。盆地中部是著名的塔克拉玛干沙漠，面积约33万平方公里，是中国面积最大的沙漠，盆地周缘有依靠高山雪水灌溉而形成的水草丰茂的绿洲。

　　以天山为界，北疆为温带大陆性干旱、半干旱气候，南疆为温带大陆性干旱气候。大陆性气候特征显著。年均温度，北疆4℃～9℃,南疆7℃～14℃。