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,夏季最高气温高达摄氏47.8度,地表最高温度高达摄氏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。虽然年平均温度只有14.5℃,然而超过35℃以上的日数却在100天以上,即使38℃以上的酷热天气也有38日之多。
多年测得的绝对最高气温为49.6℃(1975年7月13日),而地表温度能达到89℃,是名副其实的“中国热极”。火洲多年平均降水只有16毫米,夏季占一半,而托克逊年降水量只有5.9毫米,终年不雨或雨而未觉亦不足为奇,可以算得上是“中国干极”。