北缘的博格达山急剧上升，而盆地南北缘的库鲁克塔格山上升幅度较小，两山之间断裂陷落，最终形成了北高南低、西宽东窄的不对称盆地。中部有火焰山和博尔托乌拉山余脉横穿境内，把本地区分成南、北两半。盆底艾丁湖水面低于海平面155米，是中国最低的盆地，在世界上仅次于死海，为世界第二低地，以艾丁湖为中心，呈环状分布的地形，由三个环带组成。最外一环由高山雪岭组成，北面横亘着博格达山；南边有库鲁塔格山；西面有喀拉乌成山；东南有库鲁塔格山。盆地中环是长期以来山岭风化剥蚀，由流水搬运下来的戈壁砾石带。盆地的第三环带是绿洲平原带。