阿尔泰山脉为西北至东南走向，西起西西伯利亚，经阿勒泰地区，东至蒙古，绵延2000公里左右。在这座山脉峻峭伟岸的岩石上，有2000-3000余年前的古代游牧民族留下的岩画。从吉木乃县、哈巴河县直到阿勒泰地区最东部的青河县，每处山上几乎都有岩画。这片山脉因此被称为“阿勒泰山千里岩画长廊”。

地质 地质构造上属阿尔泰地槽褶皱带。山体最早出现于加里东运动，华力西末期形成基本轮廓，此后山体被基本夷为准平原；喜马拉雅运动使山体沿袭北西向断裂发生断块位移上升，才形成了现今阿尔泰山面貌。
地貌 阿尔泰山山体浑圆,山坡广布冰碛石，U形谷套U形谷，古冰斗成层排列，羊背石、侧碛、中碛、终碛等清晰可见。阿尔泰山有多级夷平面,一般公认有4级，海拔分别为2900～3000米，2600～2700米，1800～2000米及1400～1600米。地貌垂直分带明显,由高而低有:现代冰雪作用带，海拔3200米以上，以友谊峰和奎屯峰为中心，发育了山谷冰川、冰斗冰川、悬冰川。此外，阿克库里湖周围，阿克土尔滚与阿库里滚河上源也有现代冰川；霜冻作用带，2400～3200米,古冰蚀地形清晰,积雪长达8个月,以寒冻风化为主;侵蚀作用带,1500～2400米,以流水切割为主；干燥剥蚀作用带,1500米以下。喀纳斯综合自然景观保护区位于本带边缘。

气候 阿尔泰山耸立于亚洲腹部的干旱荒漠和干旱半荒漠地带，西风环流带来大西洋水汽，顺额尔齐斯河谷地和哈萨克斯坦斋桑谷地长驱直入，向北遇阿尔泰山，受逼抬升降水。降水随高度递增和由西而东递减，冬夏多，春秒少,低山年降水量200～300毫米，高山可达600毫米以上；降雪多于降雨，且积雪时间随高度增加而延长，中高山积雪长达6～8个月，低山仅5～6个月；气温变化随高度增加而递减。阿尔泰山区气候垂直梯度变化明显，具有冬长夏短而春秋不显的特征。

水文 阿尔泰山径流较丰富，发育了额尔齐斯河与乌伦古河。两河皆构成典型不对称的梳状水系。额尔齐斯河是新疆境内唯一外流河,国境内流域面积5万平方公里,全长546公里；河水补给来源主要为降水、积雪融水和冰川等,多年平均径流量100多亿立方米，占阿尔泰地区总径流量89%，注入斋桑泊，最后流入北冰洋。乌伦古河，支流在山区，山前为散失区,全长573公里，最后归宿于乌伦古湖(布伦托海、福海),在二台站以上,流域面积为2.2万平方公里,补给来源亦以冬季积雪为主，多年平均径流量11亿立方米。两河上游多峡谷和断陷盆地，落差大，水流清澈，含泥沙少，水力蕴藏量约50万千瓦，目前开发利用较低。

植被与土壤3000～3500米以上植被为苔藓类垫状植物；2600～3500米为高山－亚高山草甸草原；1300～2600米为森林草原带；800～1300米是灌木草原;植被分布下限由西向东升高，如森林下限为1200～1900米，灌木草原下限为500～1500米，荒漠上限则为500～1100米。
土壤由高到低，主要分布有冰沼土、高山草甸土、亚高山草甸土、生草灰化土、灰色森林土、黑钙土、栗钙土、棕钙土等。

阿尔泰山的自然资源丰富多样，有多种矿藏和优良牧场，尤以森林资源中的优质木材在全疆占有重要地位，水力资源亦蕴藏充沛。