三塘湖盆地位於新疆東北部巴里坤哈薩克自治縣與伊吾縣境內，呈NW-SE向條帶狀夾持於天山和阿爾泰山之間。
西臨
準噶爾、南臨
吐哈盆地，東北與蒙古國接壤，長約500公里，寬約40公里～70公里，面積約23000平方公里。
在區域大地構造上，三塘湖盆地地處天山-興蒙褶皺系
西伯利亞古板塊南部陸緣增生帶上，夾持於兩條古縫合帶之間，南側以克拉麥里縫合帶與哈薩克板塊及
準噶爾盆地東北部緊鄰；北側是以阿爾曼太蛇綠岩帶為代表的洋盆閉合以後形成的阿爾曼太縫合帶。克拉麥里蛇綠岩帶長約150公里，寬約3-10 公里，阿爾曼太蛇綠岩帶長約130公里，寬約3-5 公里，兩條古縫合帶大體互相平行，相距約80 公里。