中国最大的沙漠，亦为世界著名大沙漠之一。介于北纬36°50′～41°10′，东经77°40′～88°20′。位于中国最大的内陆盆地新疆塔里木盆地的中部，北为天山，西为帕米尔高原，南为昆仑山，东为罗布泊洼地，面积达33.7万平方公里。气候极端干旱，年降水量仅10～60毫米，而沙漠内部年降水量却超过80毫米，高于沙漠边缘的绿洲。热量资源在中国各沙漠中占第1位，10℃以上的活动积温一般在4000～5000℃，无霜期180～240天，年日照时数可达3000～3500小时。沙漠以流沙占绝对优势，占整个沙漠面积的85％，且沙丘高大，除边缘外，一般均在50～100米以上。

　　自然特征干旱河床遗迹几乎遍布于塔克拉玛干沙漠，湖泊残余则见于部分地区（如沙漠的东部等）。沙漠之下的原始地面是一系列古代河流冲积扇和三角洲所组成的冲积平原和冲积湖积平原。大致北部为塔里木河冲积平原，西部为喀什噶尔河及叶尔羌河三角洲冲积扇，南部为源出昆仑山北坡诸河的冲积扇三角洲，东部为塔里木河、孔雀河三角洲及罗布泊湖积平原。沉积物都以不同粒径所组成的沙子为主，沙漠南缘厚度超过150米。在沙漠2～4米、最深不超过10米的地下，有清澈丰富的地下水。

　　沙漠中某些河床沿岸及冲积扇缘分布有以胡杨、红柳等为主的天然植被，形成沙漠中零散状断续分布的“天然绿洲”，如和田河及克里雅河下游等地。

　　塔克拉玛干沙漠除局部尚未为沙丘所覆盖外，其余均为形态复杂的沙丘所占。沙漠东部主要为延伸很长的巨大复合型沙丘链所组成，一般长5～15公里，最长可达30公里。宽度一般在1～2公里，落沙坡高大陡峭，迎风坡上覆盖有次一级的沙丘链。丘间地宽度为1～3公里，延伸很长，但为一些与之相垂直的低矮沙丘所分割，形成长条形闭塞洼地，其间有沮洳地和湖泊等分布。沙漠东北部湖泊分布较多，但往沙漠中心则逐渐减少，且多已干涸。

　　沙漠中心东经82°～85°和沙漠西南部主要分布复合型纵向沙拢，延伸长度一般为10～20公里，最长可达45公里。金字塔状沙丘分布或成孤立的个体（如于田、民丰间），或成串状组成一狭长而不规则的拢岗（如且末、民丰间）。沙漠北部可见高大弯状沙丘，西部及西北部可见鱼鳞状沙丘群。

　　塔克拉玛干沙漠地表景观塑造的现代营力是风，在风作用下沙丘移动。

　　根据沙丘运动速度可分为：

　　（1）慢速的前移值为小于1米/年，如沙漠内部广大地区。

　　（2）中等速度的前移值为1～5米/年，如沙漠西部与北部等地。

　　（3）较快的前移值为6～10米/年，如沙漠的西南与东南部等。

　　（4）很快的前移值为大于10米/年，最大可在40米/年以上，如叶城皮山之间、且末若羌间、山前沙砾平原上的沙丘等。

　　景观区塔克拉玛干沙漠虽以流沙为主，但仍可划分为：（1）具有风蚀雅丹和沙丘覆盖的罗布泊、孔雀河、塔里木河下游河湖平原。（2）流沙沙丘与灌丛沙堆覆盖的阿尔金山—昆仑山山前洪积、冲积平原。（3）剥蚀低山与复合型沙丘覆盖的麻扎塔格北部平原。

　　（4）复合型沙丘覆盖的倍尔库姆。

　　（5）灌丛沙丘及流动沙丘覆盖的塔里木平原。

　　（6）具有“河谷天然绿洲”与高大沙山覆盖的塔克拉玛干中部三角洲平原。

　　（7）高大沙山覆盖并有湖泊残余的塔克拉玛干东部平原。

　　1983年以来的地质勘测表明在茫茫大沙漠下，水、油、气资源蕴藏十分丰富。1992年建成北起轮南，南达塔中，全长346公里的塔克拉玛干沙漠公路。