大通山是祁连山脉东段重要支脉，位于青海湖与大通河之间，西北起于察汗鄂博图岭，东南延伸至达坂山，整体呈西北 东南走向，全长约300公里。该山脉主脉平均海拔4500米，最高峰桑斯扎峰海拔4755米，其地质构造属加里东晚期地槽褶皱系的典型褶皱断块山地。作为祁连山国家公园的重要组成部分，大通山区域分布着云杉、圆柏林区与冰川地貌，是青藏高原东北部重要的生态屏障和水源产流地。

大通山形成于青藏高原隆升过程中，属祁连山褶皱断块地质结构的典型代表。基底岩系主要由早古生代变质岩和火山岩组成，经历了加里东运动晚期的地槽回返过程，形成紧密线状复式褶皱和逆冲断裂构造。东段山区发育多级夷平面，保存有4300 4800米古夷平面遗迹，是研究青藏高原隆升的重要地貌证据。

山脉主体位于青海省境内，西北起自察汗鄂博图岭，东南接续达坂山，构成祁连山脉东段核心山链。北侧以大通河谷地与冷龙岭相接，南缘受布哈河侵蚀形成破碎低缓地形。区域内发育大通河、沙杲林那穆吉木岭等水系，其中大通河发源于大通山与托来南山之间，最终汇入湟水成为黄河二级支流。

作为祁连山国家公园生态系统的组成部分，大通山保存有寒温带山地针叶林和高寒草甸复合生态系统。海拔3800米以下分布青海云杉、祁连圆柏等乔木林，3800-4200米为高山灌丛草甸带，4300-4800米以上发育现代冰川与冰缘地貌。该区域是雪豹、岩羊等珍稀动物的栖息地，国家公园试点期间实施了封山育林、湿地修复等生态工程。

2019年起，大通山所在区域纳入祁连山国家公园青海片区统一管理。通过建立生态管护站、开展野生动物监测等措施，强化了对雪豹等野生动物栖息地的保护。目前该区域承担着维系河西走廊绿洲与青海湖盆地生态平衡的核心功能，其冰川融水贡献了大通河径流量的23%。