天山区辖区总面积245平方公里，建城区面积65.16平方公里，辖区东起东山公墓山脊向东南沿大车路折向甘沟，绕新疆煤炭化工厂炸药库东侧围墙折经甘沟，向南沿山腰折穿过312国道。南至乌拉泊村南界，西起市三建沙石场简易公路，东折和平渠，沿和平渠向北折至河滩北路与红山路中心线交接点止。北至西起红山路中心线与河滩北路交汇处，向东经红山路接青年路，经高尔夫路，东折东山公墓路经山脊；全区共计66条路，35条街，886条巷。
天山区下辖18个管委会，1个街道办事处，195个社区、1个村、1个牧场和1个种牛场。区属各职能部门、街道办事处及其他科级事业单位共227个，其中行政单位34个，事业单位193个。共有驻地单位5000余家。