La rápida urbanización amenaza el medio ambiente ecológico y la calidad de vida al alterar significativamente el uso del suelo y la cobertura del suelo (LULC) y la distribución del calor. Una de las consecuencias ambientales más significativas de la urbanización es el efecto de isla de calor urbano (UHI). Este estudio investigó las características espaciotemporales del SUHI y su relación con los tipos de uso del suelo desde 2000 hasta 2020 en la ciudad de Urumqi, ubicada en una región árida y semiárida del noroeste de China. Además, se utilizaron los modelos de mínimos cuadrados ordinarios (OLS) y regresión ponderada geográficamente (GWR) para cuantificar la relación entre la temperatura de la superficie terrestre (LST) y los factores influyentes. Los resultados mostraron que el área de las clases de temperatura de superficie más baja ha disminuido significativamente. En comparación, el área de las clases de temperatura de superficie más alta ha experimentado un aumento constante en las últimas dos décadas. De 2000 a 2020, la parte del área ocupada por el rango de temperatura <30 grados C disminuyó en un 67.09%. Además, la LST varió significativamente de una categoría de uso del suelo a otra. La LST promedio de las tierras construidas y las tierras no utilizadas fue más alta que la LST promedio de otros tipos de uso del suelo en todos los años, mientras que la LST promedio de pastizales, tierras forestales y cuerpos de agua fue significativamente más baja. Finalmente, los resultados del modelo GWR mostraron que R2 y R2 ajustado del GWR fueron 0.75 y 0.73, claramente mayores que el 0.58 de los modelos OLS. El mayor R2 y R2 ajustado del modelo GWR en comparación con el modelo OLS indica que la relación entre LST y los factores influyentes subyacentes al modelo puede exhibir no estacionaridad espacial, y el modelo GWR funciona mejor que el modelo OLS. Los resultados de ambos modelos OLS y GWR muestran que el índice de diferencia normalizada de vegetación (NDVI) y la pendiente estaban negativamente correlacionados con LST, mientras que el índice urbano (UI) y el índice de diferencia normalizada de áreas construidas (NDBI) estaban positivamente correlacionados con LST. Los hallazgos del estudio indican que aumentar los espacios verdes y limitar la expansión no planificada de las áreas urbanas son medidas efectivas para mitigar los UHI en el área de estudio. Los resultados del estudio pueden proporcionar valiosas ideas sobre las características espaciotemporales del UHI y sus impulsores. Comprender las características espaciotemporales del UHI puede ayudar a los planificadores urbanos, responsables de políticas y científicos a desarrollar estrategias de enfriamiento urbano más efectivas y mejorar el entorno térmico urbano.