天山区地处乌鲁木齐市东南部，东起东山公墓山脊与水磨沟区、达坂城区相邻，西界河滩路和平渠与沙依巴克区相望，南界托里乡与乌鲁木齐县毗邻，北起红山路、河滩北路交汇处与水磨沟区相接，属中温带半干旱大陆性气候。