Das Tschatkalgebirge erstreckt sich in Nordost-Südwest-Richtung über eine Länge von etwa 200 km.[1] Es befindet sich im äußersten Westen des Tienschan-Gebirgssystems. Das Tschatkalgebirge begrenzt das Ferghanatal nach Nordwesten. Im Westen begrenzt das Flusstal des Tschatkal den Gebirgszug. Im Norden geht es in den Talas-Alatau, im Nordosten in das At-Oinok-Gebirge über. Die durchschnittliche Höhe liegt bei 3500 m. Es wird jedoch im äußersten Süden der Gebirgskette eine maximale Höhe von 4503 m erreicht.[1] Nach Süden zweigt das Quramagebirge ab.
Das Tschatkalgebirge besteht aus Glimmerschiefer, Kalkstein und Granit.[1]
Nach Norden hin fällt das Gebirge steil ab. Die Südhänge sind dagegen flacher abfallend.[1]