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。

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。

火焰山荒山秃岭，寸草不生。每当盛夏，七月流火，红日当头，地气蒸腾，焰云缭绕，赭红色的山体形如飞腾的火龙，十分壮观。

火焰山是全国最热的地方，夏季最高气温达47.8度，地表最高温度在70度以上。由于地壳运动断裂与河水切割，山腹中尚留下许多沟谷，主要有葡萄沟、桃儿沟、木头沟、吐峪沟、连木沁沟、苏伯沟等。在这些沟谷中，绿荫蔽日，风景秀丽，流水潺潺，瓜果飘香。

明人吴承恩著名神话小说《西游记》，以唐僧师徒四人西天取经的故事而脍炙人口，名闻天下。第五十九回和六十回写“唐三藏路阻火焰山，孙行者三调芭蕉扇”的故事，使火焰山披上一层神秘的色彩，成了一座奇山。

《西游记》写道：“西方路上有个斯哈哩国，乃日落之处，俗呼‘天尽头’。这里有座火焰山，无春无秋，四季皆热，那火焰山有八百里火焰，四周寸草不生。若过得山，就是铜脑袋、铁身躯，也要化成汁哩！”这段文字显系夸张，但高温和寸草不生这些基本特征，与火焰山实际情况完全符合，不是凭空臆造的。

对于此山的形成有个生动的传说：古时候，天山有一条恶龙经常吃童男童女。一位叫哈拉和卓的青年决心降伏恶龙。他手执宝剑，与恶龙激战3天3夜，终于腰斩了恶龙，并把恶龙斩成10截。死龙不再颤动，变成一座红山，被斩开处变成了山中的峡谷。其实，火焰山形成千5000万年前的喜玛拉雅造山运动时期。由于地壳横向褶皱运动而形成一系列的背斜构造。火焰山地处“丝绸之路”北道上，至今留存许多文化古迹。