火焰山实际位于中国新疆吐鲁番盆地的北部。新疆火焰山是吐鲁番最著名的景点，其位于吐鲁番盆地的北缘、古丝绸之路北道，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。

火焰山是中国最热的地方，夏季最高气温高达47.8℃，地表最高温度高达89℃，沙窝里可烤熟鸡蛋。吐鲁番属典型的大陆性干旱荒漠气候。

虽然高温难耐，但火焰山山体却又是一条天然的地下水库的大坝。正是由于火焰山居中阻挡了由戈壁砾石带下渗的地下水，使潜水位抬高，在山体北缘形成一个潜水溢出带，有多处泉水出露，滋润了鄯善、连木沁、苏巴什等数块绿洲。