乌鲁木齐地质条件复杂，被国内地铁建设专家称为地铁建设的“地质博物馆”，除了地址因素外，还有其他诸如气候等因素影响，这些都极大地增加了轨道交通建设的难度系数。
乌鲁木齐市地铁建设中所采用的许多创新性方案在国内尚属首次。不仅确保了工程安全顺利建设，而且进一步丰富和积累了地铁建设的经验，为乌鲁木齐市后续轨道交通线路施工提供了宝贵的借鉴经验。
地铁1号线穿越4条地震活动断层，横穿角度趋近于90度，为国内地铁建设首例。为此，专业技术团队专门开展了《轨道交通1号线穿越活动断层专题研究》，对土建结构、防水、接触网、轨道结构等开展科研。
由于历史形成的特殊地质构造，1号线需穿越煤炭采空区。这在国内地铁建设中也非常罕见。乌鲁木齐市轨道交通建设中首次在国内采用“地下桥”结构形式穿越煤层采空区，并开展了《乌鲁木齐轨道交通1号线穿越采空区关键技术研究》，该课题的成果填补了复杂地质条件下地铁结构设计的空白。
乌鲁木齐地势呈南高北低状，1号线南北高差280米，线路纵断面设计坡度为28‰，2号线一期南北高差135米，且均为单面连续长大坡，为国内地铁之最。