保护区属高山山区,海拔平均在4000米以上。海拔8611米的世界第二高峰— 乔戈里峰屹立于保护区的南向。高原6000米以上终年积雪的高峰构成一片银白世界,塔什库尔干高原野生动物保护区就在这冰峰雪岭的环境之中,帕米尔在造山运动中和青藏高原一起隆起,由前震旦、石炭、二叠、依罗系等变质沉积岩和前寒武纪、华西力期花岗岩组成。由于强烈切割作用,高原上高山谷地相对高差多在1000—2000米之间。高山冰雪及冰冻风化作用强烈,以冰斗和冰斗山谷冰川为多。在海拔4300米以上的河谷中,U形谷及泥石流阶地非常发育。海拔3100米年均温3℃,无霜期70天;年降水量63毫米,以固态降水为主,永久雪线高度阴坡为4600—4700米,阳坡为4800一5000米。土壤类型主要有高山草甸土、高山草甸草原土和高山荒漠土。河谷中有革甸土和草甸沼泽土,海拔3000米左右的河谷中,则发育了泥炭沼泽土,由于高原上外营力侵蚀作用、土层根菠、多砾石、有机质含量较低。帕米尔是印度河,阿姆河及塔里木河上游叶尔羌河的发源地。塔什库尔干县境的红其拉甫河、明铁盖河交汇而成的塔什库尔干河和马尔详的普备西都河均向东北汇入叶尔羌河,冰山及冰雪融水为主要补给水源。在宽阔的河谷中,裂隙水及泉水出露形成许多大小不等的湖泊和沼泽。