大通山是祁连山脉东段支脉。位于青海湖与大通河之间。古老褶皱断西北起于察汗鄂博图岭，东南止于卡当山，向东南延伸为达坂山。长300千米，宽50-60千米。平均海拔3000-3500千米，最高峰桑斯扎峰海拔4755米。

山体由古老震亘亚界海相砂质碎屑岩和碳酸岩组成。西北部为中高山，海拔4000米以上以冰缘地貌为主，坡陡谷深，岩石裸露，有冰川分布。海拔3600-4000米地段地势较平缓，沟谷开阔，“V”形谷发育，牧草生长良好。海拔3000-3600米地段，以湖积、洪积、冲积平原为主，间有丘陵分布，均为优质天然牧场。峻河、吉尔孟河、沙柳河、哈尔盖河等发源于该山南麓，注入青海湖。该山为青海湖内陆水系与大通河的分水岭，煤储量丰富。