塔里木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。是中国内陆最大的盆地，同时也是世界第一大内陆盆地。
塔里木盆地东西长1400千米，南北宽500多千米，面积在四五十万平方千米，大体呈菱形。地势由南向北缓斜并由西向东稍倾。位于亚洲大陆中心，气候干燥，雨量极少，蒸发量却很大，在加上风力作用，形成了石蘑菇和风城地貌特点。
塔里木盆地属于大型封闭性山间盆地，地质结构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。盆地呈不规则菱形，四周为高山围绕。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。
很久以前的塔里木盆地并不是沙漠，而是植物繁盛，气候湿润的绿洲。新构造运动在很大程度上改变了塔里木盆地的气候特征，在逐步的演变过程中，塔里木盆地的气候开始变得干燥，植被也日渐稀少，风沙多了起来。再加上人类活动的频繁增加，塔里木盆地的沙漠化程度开始加剧，并呈现上升趋势。绿洲面积不断减小，沙漠面积就日趋退化。
塔里木盆地位于中国新疆南部，是中国面积最大的内陆盆地。盆地处于天山、昆仑山和阿尔金山之间。