吐鲁番盆地是天山东部的一个山间盆地，位于天山山地东端。“吐鲁番”是维吾尔语“低地”的意思。它是一个典型的地堑盆地，也是全国地势最低和夏季气温最高的地方。大部分地面在海拔500米以下，有些地方比海平面还低。盆地四周为山地环绕，北部的博格达山和西部的喀拉乌成山一段，高度都在3500～4000米之间。其中博格达峰海拔54米。南部的觉罗塔格山，一般在1500米以下。而紧邻盆地南部山麓的最低部分的艾丁湖面却低于海面1米，是全国最低的洼地。如果以周围山脊线为界，面积50140千米2，其中低于海平面以下的面积有4050千米2，盆底艾丁湖低于海平面155米，是我国大陆的最低处，盆地边缘群山环抱，最高的博格达峰终年积雪。
吐鲁番盆地属大陆荒漠性气候，干旱炎热，年降水量约16毫米，蒸发量高达3000毫米，夏季最高气温有过49.6℃的纪录，6～8月平均最高气温都在38℃以上。中午的沙面温度，最高达82.3℃，因此这里自古有“火洲”之称。日照时间长，全年约3200小时，无霜期210天左右。由于盆地气压低，吸引气流流入，这里也是全国有名的“风库”。达坂城吹下的春季风暴，每秒达50米，七角井吹下的大风，曾吹翻过车辆。
盆地的地下水资源十分丰富，其水源主要是天山的冰雪融水。冰雪融水在通过地下粗砂砾层向盆地渗透过程中，被火焰山所截，在山间沟谷呈泉涌出地面，并汇成河流。河流两岸田园苍翠，风景秀丽，盛产瓜果，最著名的水果品种是无核白葡萄和哈密瓜。位于吐鲁番市东北10千米处的葡萄沟久负盛名。该沟长7千米，宽约2千米，横穿火陷山，东西两岸山峰对峙，沟内泉水欢流，果树丛生，清爽宜人。一行行参天白杨郁郁葱葱，满沟满坡的葡萄架层层叠叠，一串串葡萄如翡翠般嫩绿，晶莹夺目，被誉为“中国的绿珍珠”。
