Загальна довжина системи становить понад 2800 км. На заході Тянь-Шань починається середньовисокими (2176 м) горами Каратау на території Казахстану. При входженні в межі Киргизстану висота збільшується вдвічі і сягає у Талаському Алатау вже 4484 м — гора Манас. Далі висота збільшується і досягає в Киргизькому хребті 4895 м. На кордоні Киргизстану та Китаю знаходиться найвища точка Тянь-Шаню — пік Перемоги (Жеңиш Чокусу) з висотою 7439 м. Друга за висотою точка гірської системи — гора Хан-Тенгрі на межі Казахстану, Киргизстану та Китаю з висотою 6995 м (з урахуванням льодовикової шапки — 7010 м). Далі на схід, уже в межах Китаю, висота гір зменшується. У хребті Халиктау вона сягає 5068 м — гора Таріскай. Ще східніше Тянь-Шань суттєво звужується та знижується до 3000 м, але потім, на крайньому сході, стрімко піднімається до позначки 4925 м.
У Тянь-Шані починається багато великих річок, які зносять води льодовиків у навколишні посушливі регіони. Найбільшими такими річками є Нарин (твірна Сирдар'ї), Талас, Чу (Шу), Ілі, Аксу та інші.
Гірські пасма вкриті напівпустелями та сухими степами. Вище позначки 1300 м починаються альпійські луки, а в західній частині місцями зустрічаються листяні ліси з плодовими деревами. Вершини вкриті льодовики, найбільший із яких Інильчек Південний довжиною 59,5 км.
Території гірської системи охороняються низкою заповідників.
Дослідження
Першим дослідником гірської системи Тянь-Шаню вважають П. С. Семенова-Тянь-Шанського у 1856 році, який за свою роботу отримав «титул» до свого прізвища. Тянь-Шань досліджувався Н. Л. Корженевським в 1921—1932 роках. Він відкрив льодовик у верхів'ї річки Сусамир. 1930 року на півночі Ферганської долини, між ущелинами Узунахмата та Атойнака (Каракульджи) було відкрито високі хребти, яких назвали Узунахматтау (4164 м) та Атойнакський. В 1931—1933 роках експедиції досліджували район злиття річок Нарин та Кьокьомерен, вони відкрили гори Кавантау (3700 м) з річкою Мін-Куш, що розділяє хребти.
Населення
Тянь-Шань, розташований уздовж кордону між східним і західним Туркестаном, є домом для багатьох етнічних груп. Найчисленнішими з них є киргизи і уйгури, перші зосереджені на заході, а другі — на сході. Інші групи, які проживають по периферії ареалу, включають казахів, монголів і узбеків. Китайська частина долини річки Ілі привертає значну частину іммігрантів, включаючи біженців з інших регіонів.
У Східному Тянь-Шані існує автономний повіт для монголів, які сповідують буддизм. Сунітськийіслам переважає серед киргизьких і уйгурських громад, а невеликі єврейські й російські православні громади розташовані в Урумчі і у Синьцзян-Уйгурському автономному районі Китаю. Під час Другої світової війни багато етнічних росіян, українців, євреїв, татар і представників кавказьких народів були депортовані із західної частини Радянського Союзу в радянські міста Тянь-Шаню. Зі зміцненням китайського контролю в Східному Туркестані, значно зросла кількість китайців у міських поселеннях Східного Тянь-Шаню.
Великі населені пункти є етнічно різноманітними. Міста у Ферганській долині залучають кваліфікованих іммігрантів із сусідньої території, так само як Бішкек, столиця Киргизстану, і Алмати, найбільше місто Казахстану. У східній частині гір китайці домінують у великому місті Урумчі.
Гори й озера, особливо ті, що розташовані поблизу міських центрів, приваблюють численних туристів.