巴音布鲁克草原地处中天山的尤尔都斯盆地，是中国第二大草原，也是中国最大的高山草原。四面环山，总体地势较平缓，西部略高。尤尔都斯盆地是一个典型的高位山间断陷盆地，盆地内部地势平缓，沿盆地边山麓是由冲积扇、洪积扇联合组成的倾斜平原。盆地边缘有大量冰碛物组成的丘陵地，第四纪冰碛阶地以下为洪积扇带。

巴音布鲁克草原属温带大陆性干旱气候，夏季凉爽短暂，冬季寒冷漫长，无霜期极短。全年平均气温-4.6℃，极端高温28.3℃，极端低温-48.1℃。年平均降水量276mm，降雨集中在6—8月份，占全年50%～70%；降雪集中于1—3月，年平均降雪为70.5mm。年蒸发量1128mm，平均相对湿度69%。

在中国植被区划上，巴音布鲁克草原属于新疆荒漠区、东疆—南疆荒漠亚区、天山南坡山地草原省、尤尔都斯盆地小区。该区域植物种数相对贫乏，但多样性相对丰富。其中被子植物54科245属681种，处于绝对优势地位。植物区系成分中，以北温带分布和旧世界温带分布成分为主，该区植物物种与中亚交流相对较多，与东亚交流很少。

根据《中国植被》的分类原则，巴音布鲁克草原的自然植被可划分为3个植被型，3个植被亚型，14群系。由于寒冷和冻土作用，这一区域缺少乔木，以典型高寒沼泽草甸为主。山坡和坡麓为广阔的紫花针茅高寒草原；潮湿的谷地底部发育着以苔草、发草、灯心草等构成的沼泽草甸和沼泽植被。

高寒草原主要类型有紫花针茅草原、座花针茅草原、假羊茅草原和杂类草草原。分布在海拔2500～2600m的地段，群落由座花针茅、紫花针茅、长芒针茅、拟绵羊茅、伏地龙胆、二裂矮陵菜、扁穗冰草、早熟禾、中亚芹等寒冷生植物组成。