世界七大山系之一，位於歐亞大陸腹地，東西橫跨中國、哈薩克、吉爾吉斯斯坦和烏茲別克四國，全長約2500千米，南北平均寬250—350千米，最寬處達800千米以上，是世界上最大的獨立緯向山系，也是世界上距離海洋最遠的山系和全球乾旱地區最大的山系。

天山呈東西走向，綿延中國境內1700千米，佔地57萬多平方千米，佔新疆全區面積約1/3。中國境內的天山山脈把新疆大致分成兩部分：南邊是塔里木盆地，北邊是準噶爾盆地。托木爾峰是天山山脈的最高峰，海拔7443.8米。錫爾河、楚河和伊犁河都發源於天山。

2013年06月21日，中國境內天山的托木爾峰、喀拉峻-庫爾德寧、巴音布魯克、博格達4個片區以“新疆天山”名稱成功申請成為世界自然遺產，成為中國第44處世界遺產。2017年7月10—17日，烏茲別克、哈薩克和吉爾吉斯斯坦三國聯合就西部天山山脈申遺在內的6個自然遺產專案入選聯合國教科文組織世界遺產名錄。

中國境內天山山脈由三列平行的褶皺山脈組成，山勢西高東低，山體寬廣。天山北脈有阿拉套山、科古琴山、博羅科努山、博格達山等；天山中脈（主幹）有阿拉喀爾山、那拉提山、艾爾溫根山、霍拉山等；天山南脈有科克沙爾山、哈爾克山、貼爾斯克山、喀拉鐵克山等。