中国第一大内陆盆地。位于新疆维吾尔自治区南部。西起帕米尔高原东麓，东到罗布泊洼地，北至天山山脉南麓，南至昆仑山脉北麓，大致在北纬37°～42°的暖温带范围内。盆地东西长1400千米，南北宽约550千米。面积约53万平方千米, 大体呈菱形 。四周高山海拔4000～6000米 ，盆地中部海拔800～1300米，地势由南向北缓斜并由西向东稍倾。边界受东西向和北西向深大断裂控制，成为不规则的菱形，并在东部以70千米宽的通道与河西走廊相接。
塔里木盆地居亚洲大陆中心，气候干燥，雨量特少，如若羌1957年全年降水量3.9毫米，民丰安迪尔1966年降水量5.0毫米，蒸发量却很大，若羌达2952毫米，故以风力作用为主，风速常在5米／秒以上，石蘑菇和风城地貌发育。
自然景色分成4个环状：
①盆地边缘砾石带枣山足戈壁滩，是由古代暴流洪积扇群组成，微向盆地中心倾斜，坡度一般6°～8°，宽度10～30千米，厚度千米以上，表面由2～3米厚砾层组成，水均渗入地下，地面草木不生。
②盆地边缘绿洲带，河流出山之后，坡度突降，水流分散，沙泥沉积，形成扇状平原，现有疏勒、莎车、阿克苏、和田和库车等大小绿洲100多个。绿洲灌溉农业发达，盛产小麦、玉米、水稻和棉花等，河道迁移，绿洲也会迁移。
③盆地中部沙漠带，即塔克拉玛干沙漠，面积32.4万平方千米，占中国沙漠面积的47％，为世界上第二大沙漠。主要是流动沙丘，占85％，沙丘高大 ，多50米以上，成沙较老的可达250米，呈新月形沙丘、新月形沙丘链，复合型沙山、长条状沙丘、金字塔形沙丘等形态。
④盆地东部的罗布泊湖盆区，大部由盐壳组成，范围曾有多次变动，多风蚀雅丹地形。塔里木河基本汇集了盆地的全部大河，全长2000千米，为中国最长的内陆河。河流冲积平原土地资源丰富，胡杨林和灰杨林分布面积广，对防御风沙、调节气候、供应木材有重要作用。
塔里木盆地和准噶尔盆地是新疆天山南北一对“孪生兄弟”。因为两盆地分布于昆仑山、天山、阿尔泰山之间，故有“三山夹两盆”之说。早在五亿年前，新疆大部分地区是汪洋大海，只有塔里木和准噶尔两块陆台高踞于波涛汹涌的海面上。大约距今两三亿年前，强烈的地壳运动，使深陷的海底隆起，成为雄伟的昆仑、阿尔泰山。这样，塔里木和准噶尔便成了众山环抱的两个盆地，并为天山所分割。因此常用“天山南北”来称谓新疆。
塔里木盆地是中国最大的内陆盆地，面积５３万平方公里，位于天山与昆仑山之间。水系不能外流，为全封闭性内陆盆地。盆地周围分布着绿洲，中间是塔克拉玛干大沙漠，蕴藏着丰富的石油。塔里木河是全国最长的内陆河，环绕盆地西、北半圈。河畔是胡杨林，形成著名的绿色走廊。
塔里木盆地，作为古丝绸之路南道，历史上这里曾是中西文化交融荟萃之地。“塔里木盆地是世界文化的摇篮，找到这把钥匙，世界文化大门便打开了”———美国人类学家的断言并不夸张。历史的变迁，留下了许多难解之谜，更增添了塔里木的神奇色彩。盆地中有被黄沙淹没的古城，如楼兰古城、尼雅古城，它们是当今中外考古学者研究历史的重要依据，也是沙漠探险旅游的好去处。
