塔里木盆地位于新疆南部，西起帕米爾高原東麓，東到羅布泊洼地，北至天山山脈南麓，南至昆侖山脈北麓，大致在北緯37°-42°的暖溫帶范圍內(nèi)，南北最寬處520千米，東西最長處1400千米，面積約40多萬平方千米，海拔高度在800-1300米之間，地勢西高東低。
塔里木河位置偏于盆地北緣，水向東流，盆地地貌呈環(huán)狀分布，邊緣是與山地連接的礫石戈壁，中心是遼闊沙漠，邊緣和沙漠間是沖積扇和沖積平原，并有綠洲分布，塔里木河以南是塔克拉瑪干沙漠，是中國最大沙漠，世界第二大流動沙漠。
盆地水分主要來自西風(fēng)氣流，盆地降水稀少，盆地本身無法形成徑流，較大河流有南部的葉爾羌、克孜勒、蓋孜、和田、克里雅等河，北部的阿克蘇、臺蘭、渭干、庫車及開都（下游稱孔雀）等河。盆地地下水的補給主要來自河床、渠道及田間滲漏，地下水動儲量為110～148億立方米。
塔里木盆地是大型封閉性山間盆地，地質(zhì)構(gòu)造上是周圍被許多深大斷裂所限制的穩(wěn)定地塊。地塊基底為古老結(jié)晶巖，基底上有厚約千米的古生代和元古代沉積覆蓋層，上有較薄的中生代和新生代沉積層，第四紀(jì)沉積物的面積很大。構(gòu)造上的塔里木盆地地塊和地貌上的塔里木平原，范圍并不一致。拗陷內(nèi)有巨厚的中生代和新生代陸相沉積，最大厚度達(dá)萬米，是良好含水層。盆地呈不規(guī)則菱形，四周為高山圍繞。盆地地勢西高東低，微向北傾。
盆地沿天山南麓和昆侖山北麓，主要是棕色荒漠土、龜裂性土和殘余鹽土，昆侖山和阿爾金山北麓則以石膏鹽盤棕色荒漠土為主。沿塔里木河和大河下游兩岸的沖積平原上，主要是草甸土和胡楊林土，草甸土分布廣。
塔里木盆地中石油、天然氣資源蘊藏量十分豐富，分別約占全國油、氣資源蘊藏量的1/6和1/4，成為“西氣東輸”工程的主力氣源之一。
