火焰山位于吐鲁番盆地的北缘。古书称之为"赤石山",维吾尔语称"克孜勒塔格"(意为红山),由红色砂岩构成，东起鄯善县兰干流沙河，西至吐鲁番桃儿沟，形成一条赤色巨龙，东西走向，横卧于吐鲁番盆地中，全长98公里，南北宽9公里。一般高度500米左右，最高峰在鄯善县吐峪沟附近，海拔831.7米。由吐鲁番向东去鄯善的路段中，有百多公里蜿蜓起伏的红色山峰.这是一条东西长约100千米，南北宽7 ~10千米，平均高度500米左右的年轻褶皱低山.最高峰位于胜金口附近，海拔851米.它主要由中生代的侏罗纪、白垩纪和第三纪的赤红色砂、砾岩和泥岩组成.山体雄浑曲折，主要受古代水流的冲刷，山坡上布满道道冲沟.山上寸草不生，基岩裸露，且常受风化沙层覆盖.盛夏，在灼热阳光照射下，红色山岩热浪滚滚，绛红色烟云蒸腾缭绕，热气流不断上升，红色砂岩熠熠发光，恰似团团烈焰在燃烧，故名火焰山.这里是中国最炎热的区域，夏季气温高达摄氏四十七度，据说山顶气温可达摄氏八十度.
    火焰山是天山东部博格达山坡前山带短小的褶皱，形成于喜马拉雅山运动期间.山脉的雏形形成于距今1.4亿年前，基本地貌格局形成于距今1.41亿年前，经历了漫长的地质岁月，跨越了侏罗纪、白垩纪和第三纪几个地质年代.