乌鲁木齐市境海拔580米-920米，市区平均海拔800米。自然坡度12‰-15‰。乌鲁木齐地势起伏悬殊，山地面积广大。南部、东北部高，中部、北部低。最高点天山博格达峰顶，海拔5445米；最低处在猛进水库的大渠南侧，海拔490.6米。两地水平距离75千米，高差4954.4米。山地面积占总面积50%以上，北部冲积平原不及总面积的1/10。
乌鲁木齐地处中国西北地区、新疆中部、亚欧大陆中心、天山山脉中段北麓、准噶尔盆地南缘，是新疆的政治、经济、文化、科教和交通中心，世界上距离海洋最远的大城市，有“亚心之都”的称呼，是第二座亚欧大陆桥中国西部桥头堡和中国向西开放的重要门户，是世界上最内陆、距离海洋和海岸线最远的大型城市（2500千米）。
乌鲁木齐市区三面环山，北部平原开阔。东部有博达山、喀拉塔格山、东山；西部有喀拉扎山、西山；南部有伊连哈比尔尕山东段（天格尔山）、土格达坂塔格等。辖区地势由东南向西北降低，大致分为三个梯级：第一级为山地，海拔2500-3000米或更高；第二级为山间盆地与丘陵，海拔1000-2000米；第三级为平原，海拔在600米以下。
