Tien-szan ma przebieg równoleżnikowy. Na zachodzie opada w Nizinę Turańską, na północy graniczy z Pogórzem Kazachskim i z Kotliną Dżungarską, która dzieli go od od gór Ałtaj. Na wschodzie zbiega się z pasmem Kunlun i przechodzi stopniowo w Wyżynę Mongolską. Na południowym wschodzie Kotlina Kaszgarska oddziela go od Kunlunu. Na południowym zachodzie Tien-szan łączy się z górami Pamir, a dalej Kotlina Fergańska oddziela do od Ałaju.