乌鲁木齐河流域位于天山北坡中段，东经86°45′～87°56′，北纬43°00′～44°07′之间。西接头屯河流域，东为板房沟流域，流域总面积4684m2，其中山区（西白杨沟口以上）流域面积1070 m2，流域平均海拔3006m；英雄桥以上流域面积924 km2 ，平均海拔3083m；跃进桥以上流域面积310km2 ，平均海拔3483m。

乌鲁木齐河发源于天山北坡的喀拉乌成山主峰-------天格尔ⅱ峰，流向东北。出山口后至乌拉泊折为正北，穿过乌鲁木齐市区，至米泉县西北消失，总长214.3km。山口以上河长62.6km。出山口后水被引入灌区，灌区内总共有四座水库，蓄水1.8×108m3 。在流域的高山带发育有现代冰川155条，面积为48.04 m2，其中位于乌鲁木齐河源的天山1号冰川在中国乃至世界冰川监测中占有重要地位，该冰川为东西两支组成的一条双支冰斗—山谷冰川总面积1.84平方公里，该冰川自1959年进行系统观测以来，积累了详细的冰川物质平衡、平衡线高度及冰川末端位置变化的逐年观测结果，观测表明该冰川一直处于持续退缩之中，到1992年已分离为两条独立的冰川。

乌鲁木齐河山区山势高、坡度陡，最高点为天格尔ⅱ峰，海拔4479m，最低点的西白杨河口为1670 m，高差2890 m。天山起着截留水汽的作用，气候和植被有明显的垂直分带。3600 m以上的高山为寒冻砾漠，日均气候在0℃以下，大部分为积雪和冰川覆盖；2600—3600 m的亚高山区，暖季短促，为高山蒿草荒原及垫状植被，而且融冻风化强烈；1600—2600 m的中山带，水热条件能形成稠密的云杉林，有涵养水源，保持水土的作用；1600 m以下的低山丘陵是荒漠草原，用作春秋草场。由于山高坡陡，流水侵蚀是主要外营力，山峰间峡谷深切，盆地狭小。集水区面积中海拔3600 m以上的占19.4℅；2600—3600 m的占50.5℅；2600m以下的占30.1℅，由于气候和降水对下垫面的影响，流域内发育着永久冻土和季节冻土。据兰州冰川冻土研究所的试坑观测资料，永久冻土的下限海拔阴坡为2900 m，阳坡为3180 —3300m。季节性冻土不仅发育普遍，且有冻结迅速、融化缓慢的特点。据跃进桥站的观测，全年7—10月基本无冻土，1—4月份冻土深度一般大于150cm，其余月份为34—138cm（1984年资料）。因为流域内年最低温度都在0℃以下，故季节性冻土的下限海拔可延伸到1600 m以下。冻土可起到不透水层的作用，有利地表径流的形成。

乌鲁木齐河流域的土壤分布有明显的垂直地带性。海拔3600 m以上除冰雪覆盖外，主要是裸岩和倒石堆；3000—3600 m为高山草甸土；2800—3000 m为亚高山草甸土；1700—2800 m的土壤具有镶嵌分布的特点；灰褐色森林土见于1800—2600 m的阴坡；2400—2800 m主要分布山地草甸土；林带的阳坡为山地黑钙土；1800—2200 m的后峡盆地有山地粟钙土分布。

不同类型土壤的水分物理特征及透水性不同，对产流的影响也不一样。高山带裸岩面积覆盖率大，高山草甸土的稳渗率很小，而局部的冻土作用，降雨和融水是都易形成径流。中山带土壤主要为腐殖质很厚的灰褐森林土、黑钙土，其稳渗率很大，田间较小的降雨不可能形成地面径流，大部分渗入地下，以壤中流和地下水补给形式产生径流。但在后峡盆地，上覆的山地粟钙土土质很硬，稳渗率不大，是暴雨径流的主要形成区。

流域内主要植被有：针叶林、阔叶林、灌丛、草原、草甸。分布状况是：

针叶林只有雪岭云杉一种，分布于1600—2600m的中山带，面积为123.5k㎡。

阔叶林有桦木、密叶杨和白柳，主要见于中低山带河谷中，多为复合林，面积1.8 k㎡。

灌丛，主要有黑果、金露梅、新疆圆柏和蔷薇四种，分布在云杉林中，以及林源、森林上限及河谷滩地上，面积为24.8 k㎡。