塔里木盆地在新疆维吾尔自治区。塔里木盆地是大型封闭性山间盆地,地质构造上是周围被许多深大断裂所限制的稳定地块。地块基底为古老结晶岩,基底上有厚约千米的古生代和元古代沉积覆盖层,上有较薄的中生代和新生代沉积层,第四纪沉积物的面积很大。
构造上的塔里木盆地地块和地貌上的塔里木平原,范围并不一致。拗陷内有巨厚的中生代和新生代陆相沉积,最大厚度达万米,是良好含水层。盆地呈不规则菱形,四周为高山围绕。盆地地势西高东低,微向北倾。旧罗布泊湖面高程780米,盆地最低点塔里木河位置偏于盆地北缘,水向东流。
盆地地貌呈环状分布,边缘是与山地连接的砾石戈壁,中心是辽阔沙漠,边缘和沙漠间是冲积扇和冲积平原,并有绿洲分布。塔里木河以南是塔克拉玛干沙漠,面积33.7万平方千米,占新疆面积20%,占中国沙漠和戈壁总面积26%(如单指沙漠则占43%)。
塔里木盆地是中国最大沙漠,也为居世界第2位的流动沙漠。个体沙丘每年约南移50-60米,流动沙丘面积占85%,沙丘形状复杂,有金字塔形、穹状、鱼鳞状、复合型沙丘链、复合型沙垄等多种形态。