火焰山位于塔克拉玛干沙漠的北缘和吐鲁番市以东，是中国最热的地方，夏季最高气温高达摄氏47.8度，地表最高温度高达摄氏70度以上。1975年7月13日，测得的绝对最高气温为49.6℃，而地表温度能达到83.3℃，是名符其实的“中国热极”，沙窝里可烤熟鸡蛋。他们引人注目的沟壑和沟壑是由红砂岩基岩侵蚀造成的，在一天的某些时候，这些山会燃烧起来。这些山脉大约有100公里长，5 - 10公里宽，从东到西穿过吐鲁番盆地。
火焰山的平均高度是500米，有些山峰达到800米。山上气候严酷,极高的夏季气温让这个在中国最热的地方,经常达到50°C或更高。在该地区还发现了许多重要的古生物学遗迹，如:连木秦组和苏巴希组。
火焰山从一个佛教僧侣的幻想故事中得到了他们的名字，同时还有一个拥有神奇力量的猴子国王。在16世纪的小说《西游记》中，武僧遇到了一堵火墙，他的作品是《西游记》，作者是明代作家吴承恩。这部小说是对玄奘法师的描述，他于公元627年前往印度，获得佛经，离开高昌后在天山经过。
根据古典小说《西游记》，孙悟空在天空中制造了一场骚乱，并撞倒了一个窑，使余烬从天空坠落到现在燃烧的山脉。在一个传说中，龙生活在天山。因为龙吃小孩子，一个维吾尔英雄把龙杀了，把它切成八块。龙的血变成了血的猩红，八块变成了燃烧的山脉中的八个山谷。
关于火焰山曾是一片火海，史书上也有记载。王延德的《高昌行记》说，“北庭北山(即火焰山)，山中常有烟气涌起，而无云雾。至夕火焰若炬火，照见禽鼠皆赤。”而当唐代著名边塞诗人岑参第一次经过火焰山的时候，曾作诗《经火山》如下：“火山今始见，突兀蒲昌东。赤焰烧虏云，炎氛蒸塞空。不知阴阳炭，何独燃此中。我来严冬时，山下多炎风。人马尽汗流，孰知造化功。”
如今的火焰山，依然屹立在吐鲁番盆地北部，绵延100多公里，宽10公里，海拔500多米。《山海经》中将其称之为“炎火之山”，维吾尔语叫“克孜尔塔克”，意为红山，隋唐时期曾叫它为“赤石山”。火焰山山体沟壑林立，曲折雄浑，寸草不生。在炎热的夏季，裸露的表层在太阳烘烤下温度可达75℃，热浪翻滚，使人透不过气来。由于地层堆积比较水平，加上岩层软硬相间，在经年雨水侵蚀下，顺坡形成一条条沟壑。山体侵蚀下来的物质，在山麓前形成红色的洪积扇裙，扇裙前缘在干旱环境下又形成无数多边形龟裂，格外引人瞩目。
