火焰山为天山支脉之一，呈东西向横亘于吐鲁番盆地中，主峰海拔831.7米，主要由中生代的侏罗纪、白垩纪、古近系和新近系的赤红色砂、砾岩和泥岩组成，堆积的砂石泥土中的铁元素经过高温氧化，雨水淋漓，形成了大量红色的氧化铁，构成了火红底色的火焰山山体。燕山运动时期，区内发生隆起，至白垩纪末期，火焰山的隆起基本形成，火焰山背斜的形成为火焰山地貌景观的形成搭建了空间格架。