카라타우산맥(Karatau Mountains)은 중앙아시아 카자흐스탄 남부 지역에 위치한 산맥으로, 톈산산맥의 북서쪽 지맥에 해당한다. '카라타우'라는 명칭은 투르크어 계통에서 '검은 산'을 의미한다.
지리적으로는 북서쪽에서 남동쪽 방향으로 약 420km에 걸쳐 뻗어 있으며, 산맥의 평균 고도는 1,000m에서 1,500m 사이이다. 최고봉은 베스사즈(Bessaz) 산으로 해발 고도는 2,176m이다. 산맥의 북동쪽으로는 무윤쿰 사막이 펼쳐져 있다.
지질학적으로는 고생대의 석회암, 사암, 셰일 등으로 구성되어 있다. 이 산맥은 광물 자원이 풍부한 것으로 알려져 있으며, 특히 세계적인 규모의 인광석(phosphorite) 매장지로 유명하다. 그 외에도 납과 아연 등의 금속 광물이 채굴된다.
고고학적 가치 또한 높은 지역이다. 산맥 주변에서는 하부 구석기 시대의 석기 유물과 선사 시대의 암각화가 다수 발견되어, 중앙아시아 초기 인류의 이동과 거주 역사를 연구하는 데 중요한 자료를 제공한다.
기후는 전형적인 대륙성 기후의 영향을 받아 강수량이 적고 건조하며, 식생은 주로 초원과 반사막 지대의 특성을 나타낸다. 지역의 경제 활동은 주로 광업과 가축 유목을 중심으로 이루어진다.
