塔里木盆地位于中国西北部的新疆区内，地处于天山和昆仑山、阿尔金山之间，它不只是中国面积更大的内陆盆地，也是世界第一大内陆盆地。
在维吾尔语中“塔里木”的意思是“无缰之马”。塔里木盆地工具长1500千米，南北宽约600千米，面积约达53万平方千米，海拔高度在800〜1300米之间。
它西起帕米尔高原东麓，东到罗布泊凹地，北至天山山脉南麓，南至昆仑山脉北麓。地形西南高、东北低，因为那里长年有风，而且风速常在5米/秒以上，十分有利于石蘑菇和风城地貌的发育。盆地东部有中国更大内陆河流——塔里木河，它根本聚集了盆地的全数大河。
塔里木盆地是大型封锁性山间盆地，四周被许多深大断裂所限造的不变地块，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堆积笼盖层，上有较薄的中生代和重生代堆积层，第四纪堆积物的面积很大，构造上的塔里木盆地地块和地貌上的塔里木平原，范畴其实不一致。
凹陷内有巨厚的中生代和重生代陆相堆积，更大厚度达万米，是优良的含水层。盆地外不雅呈不规则菱形，四周为高山围绕。边沿是与山地毗连的砾石沙漠，中心是辽阔戈壁，边沿和戈壁间是冲积扇和冲积平原，并有绿洲散布。
塔里木盆地沿天山南麓和昆仑山北麓，次要是棕色荒漠土、龟裂性土和残存盐土。
昆仑山和阿尔金山北麓则以石膏盐盘棕色荒漠土为主。沿塔里木河和大河下流两岸的冲积平原上次要是草甸土和胡杨林土（土壤学上亦称吐喀依土），草甸土散布广。
塔里木盆地因为深处大陆内部，四周又有高山障碍潮湿空气进入，年降水量不敷100 毫米，大多在50毫米以下，极为干旱。
盆地中心构成塔克拉玛干戈壁，面积33。76万平方千米。在罗布泊、台特马湖四周为大片盐漠。因而发源于天山、昆仑山的河流到戈壁边沿就逐步消逝，只要叶尔羌河、和田河、阿克苏河等较大河流能维持较长流程。