天山山脈，意為天堂之山或天堂之山，是一個大型山脈系統。

天山山脈位于中國西北部、哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦、烏茲別克斯坦，塔克拉瑪干沙漠北部和西部，塔里木盆地正北。 南接帕米爾高原，北接蒙古阿爾泰山。

天山脈是喜馬拉雅造山帶的一部分，是新生代印度板塊和歐亞板塊碰撞形成的。 它們是中亞最長的山脈之一，從烏茲別克斯坦的塔什干向東延伸約 2,900 公里（1,800 英里）。

天山山脈中的最 高峰是中國邊境內的勝利峰。

天山脈與青藏高原相隔塔克拉瑪干沙漠，南面是塔里木盆地。

發源于天山山脈的主要河流有錫爾河、伊犁河和塔里木河。 阿克蘇峽谷是天山山脈西北部的一大特色。

連續多年凍土通常在海拔約 3,500-3,700 米的天山脈中發現。 不連續的高山多年凍土通常出現在海拔 2,700-3,300 米以下，但在某些位置，由于坡向和小氣候的特殊性，它可以在低至 2,000 米的海拔處找到。