吐鲁番盆地位于天山脚下，是中国陆地最低的地方。吐鲁番盆地北部是博格多山，南部是觉罗塔格山，它们都是天山山脉的一部分。位于两山之间的吐鲁番盆地是一个山间断层陷落的盆地。

吐鲁番盆地经历了地质年代的侏罗纪、白垩纪、第三纪、第四纪，是一个逐渐凹陷的古老盆地，特别是在距今3000万年前的喜马拉雅造山运动期间，盆地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。