吐鲁番盆地位于天山东部，是一个有断层的沟槽，距新疆首府乌鲁木齐东南约150公里。海拔-154米，是世界海拔最低的盆地。它占地5万平方公里。周围的山脉是:西部的中部天山，西北的博格达山，西北的海象山，以及南部的朱罗泰山脉。除了周围的山脉之外，还有北部的准噶尔盆地和南部的塔里木盆地。
吐鲁番盆地完全低于海平面。从某种程度上说，它也是中国夏季最热、最干燥的地区。在晚二叠纪末期，由于东欧洲和安哥拉克拉通之间的运动，吐鲁番盆地形成了一个剪切带。它后来由于新生代印度和欧亚板块的碰撞而变形。在后一种变形中，由东向西的逆冲断层带形成于盆地中心。火红的山脉长98公里，宽9公里，最高的山峰海拔831.7米。吐鲁番火山位于吐鲁番附近。此外，位于盆地中央的是月光湖，海拔154.5米，位于海平面以下的陆地上。海岸标志着地球陆地表面的第三低海拔高度，在死海之后，它的海拔高度在400米以下，在海平面以下155米的阿萨尔湖。它是中国的最低点。石红滩铀矿位于吐鲁番坳陷西南缘，距吐鲁番市西南偏南约35公里。
吐鲁番盆地具有严酷的大陆沙漠气候，其降水远小于潜在的蒸发。在吐鲁番市7月是最热的月24小时平均温度为32.2°C,最冷的1月24小时平均温度的−7.6°C。6月降雨量最高，为2.9毫米，2月和4月最低，为0.5 mm。年平均降水量只有15.7毫米，每年仅下降13天。与此相反，潜在的年蒸发率达到3000毫米。由于气候的原因，这个地区有时被认为是中国的熔炉，尽管在这个标题下的位置各不相同。
在远离水源的地方，吐鲁番盆地并没有被植被覆盖。因此，农业局限于绿洲，依赖于一个复杂的灌溉系统，称为坎儿井系统。灌溉用水来自周围的山脉，特别是每年融化的雪。坎儿井系统由井、地下通道、地沟和小型水库组成，利用地形的自然坡度来维持水流，并将水引导到植物，同时最大限度地减少蒸发。这个系统的历史记录可以追溯到汉代。该地区的坎儿井系统略低于1000个，运河总长度约为5000公里。因此，坎儿井系统被认为是中国三大古代工程之一，与长城和大运河一起。最近，通过管式井泵开发的地下水导致了地下水位的普遍下降，许多坎儿井系统都失败了。
吐鲁番盆地的农业尤其以其果实闻名。由于干燥炎热的环境，在大萧条时期生长的水果中糖分含量非常高。传统上，它们是在露天干燥的谷仓里晾干的。栽培的水果有:桑椹、桃、杏、苹果、石榴、梨、无花果、核桃，以及葡萄、西瓜和甜瓜。在果实中，葡萄突出:在该地区种植了100多种葡萄，占中国无籽葡萄产量的90%。该地区的其他特产农产品是东吴哈密瓜和长绒棉。
在吐鲁番市以东约30公里的“木头谷”中，有大约30公里(19英里)的佛窟，从唐朝到元代(13世纪)的时候，都被凿入了石窟。这些洞穴以壁画闻名，在已知的77个洞穴中，仍有大约40个洞穴。沙漠气候有利于保存阿斯塔纳-卡拉库贾古墓的内容，这些古墓距离古都高昌大约6公里。墓葬是为贵族、官员和其他从西晋时代到唐代中期埋葬的地方。
