天山山脈東起中國新疆哈密星星峽,西至烏茲別克克孜勒庫姆,起點和終點呈東西走向,主要跨過中國和吉爾吉斯的邊界,把古突厥斯坦一分為二。天山山脈是長達2500多公里,平均寬度為300多公里的龐大山系,主要由北天山、中天山、南天山三條支脈組成。
天山山脈的最高峰是托木爾峰,海拔高7443.8米,屬於天山山脈的中天山,位於中國新疆阿克蘇地區和吉爾吉斯斯坦國境線附近。托木爾峰和周圍10萬公頃的山地被列為自治區級自然保護區,主要是保護環境和周圍的生物群落。