千里山位于内蒙古自治区鄂尔多斯市西部与乌海市交界处的黄河东岸，桌子山北端，海拔1000余米。南北走向，属阴山山脉余脉，往南与贺兰山山脉接壤，山脉主体由太古代变质岩系和时代不一的花岗岩构成，在两侧及山间盆地内有新生代地层。南坡与宁夏平原之间相对高度约百米,经长期风化侵蚀，现代山脉边缘已较地质构造上的断层边缘向北后退10～30公里。山前和山谷两侧普遍发育有多级阶地。山脉起伏平缓，相对高度100～300米，丘间峡谷沿构造线呈南北向分布，盆内沉积有白垩系，第三系地层，上覆第四系厚层砂质粘土。