Длина около 420 км, высота до 2176 м (гора Бессаз). Сложен сланцами, песчаниками, известняками, доломитами, развит карст. Вершины выровненные, склоны крутые, растительность степная и нагорные ксерофиты.
Месторождения фосфоритов приурочены к Каратаускому фосфоритоносному бассеину (города Каратау, Жанатас) в восточной части, на северных склонах хребта.
Месторождение полиметаллических руд (свинцово-цинковых), а также урановых, разрабатываются в западной части хребта, на его южных склонах (город Кентау, посёлки Ачисай, Шалкия).
Административно хребет расположен на территории Южно-Казахстанской и Жамбылской областей, крайняя западная часть — на территории Кызылординской области.
В 1998 году подана заявка на включение объекта «Палеолитические объекты и геоморфология хребта Каратау» в список объектов Всемирного наследия ЮНЕСКО.
В 2004 году создан Каратауский заповедник. Также в горах Каратау имеются стоянки древних людей каменного века.
