เทือกเขาคุนหลุนทอดตัวไปตามชายแดนตะวันตกภูมิของภาคประเทศจีนในแนว ต่อลงไปทางใต้ เคียงข้างเทือกเขาปามีร์ แล้วโค้งไปทางตะวันออก ก่อให้เกิดเทือกเขากั้นพรมแดนทางเหนือของทิเบต เทือกเขานี้ทอดไปตามขอบด้านใต้ ในบริเวณที่ปัจจุบันเรียกว่า แอ่งทาริม (Tarim Basin) ทาคลามาคาน หรือ ทะเลทราย "บ้านจมทราย" (sand-buried houses) และทะเลทรายโกบี

เทือกเขาแห่งนี้มียอดเขามากกว่า 200 แห่งที่สูงกว่า 6,000 เมตร ยอดเขาที่สูงที่สุด 3 ยอด คือ คองกูรทัค (Kongur Tagh) (7,719 เมตร) ติงเปย (Dingbei) (7,625 เมตร) และมุซทัคอะทา (Muztagh Ata) (7,546 เมตร) ยอดเขาสูงสุดเหล่านี้อยู่ในเทือกเขาอารคาทัค (Arka Tagh) มีแม่น้ำสำคัญหลายสายไหลจากเทือกเขานี้ เช่น แม่น้ำการากาช ('แม่น้ำหยกดำ') และแม่น้ำยุรุงกาช ('แม่น้ำหยกขาว') ซึ่งไหลผ่านโอเอซิสโขตาน ผ่านไปยังทะเลทรายทาคลามาคาน

เทือกเขาอารคาทัคอยู่ในใจกลางของคุนหลุนซาน โดยมียอดเขาอุลุค มุซทัค (6,973 เมตร) ภูเขาที่สูงที่สุดในเทือกเขาคุนหลุนซาน คือ ภูเขาเทพีคุนหลุน (7,167 เมตร) อยู่ในบริเวณเคริยา (Keriya)

สาขาทางใต้ของเทือกเขาคุนหลุน ก่อให้เกิดสันปันน้ำระหว่างบริเวณลุ่มน้ำของแม่น้ำที่ยาวที่สุดของจีนสองสาย นั่นคือแม่น้ำแยงซี และแม่น้ำฮวงโห

เทือกเขาแห่งนี้ก่อให้เกิดขอบด้านเหนือของเพลตอินเดียในช่วงที่เกิดการชน ในตอนปลายยุคไทรแอสซิก กับเพลตยูเรเซียซึ่งก่อให้เกิดการปิดกั้นมหาสมุทรพาเลโอเทธีส (Paleo-Tethys) ในยุคบรรพกาล