世界上的大沙漠，如777萬平方千米的撒哈拉沙漠、65平方千米的魯卜哈利沙漠，幾乎沒有一條像樣的河流。相比之下我國塔里木盆地中的塔克拉瑪干沙漠，面積約34萬平方千米，簡直是“河道縱橫，水網密佈”。
塔里木盆地按照逆時針方向，由天山山脈、帕米爾高原、崑崙山脈、阿爾金山圍成。塔里木盆地呈橢圓形，東西最長約1500公里，南北最寬約600公里，總面積約53萬平方公里。塔里木盆地海拔高度在800至1300米之間，地勢西高東低，東部羅布泊是盆地最低處，也是積鹽中心，海拔約780米。
塔里木盆地的邊緣為山麓、戈壁和綠洲（沖積平原），中部是塔克拉瑪干沙漠，這裡是世界上距離海洋最遠的地方。由於塔里木盆地高山環繞，海洋的溼潤氣流很難到達，盆地年降雨量極少，塔克拉瑪干沙漠幾乎終年不雨。
塔克拉瑪干沙漠是世界第十大沙漠，東西最長約1000公里，南北最寬約400公里，面積約34萬平方公里。塔克拉瑪干沙漠並不完全是沙子，四周有河流，甚至南北還有河流縱穿，這些連在一起的河流都注入塔里木河。
塔里木河主源為葉爾羌河，發源於喀喇崑崙山特力木坎力峰東南麓，沿塔克拉瑪干沙漠北緣注入羅布泊，全長2327千米，是中國最長的內流河。葉爾羌河、喀什噶爾河、阿克蘇河、和田河先後匯流後，稱為塔里木河，此後塔里木河幹流分為上中下三段。
羊吉巴扎以上為上段，此段河床不分叉，側蝕強烈，曲流發育，河床不穩定；羊吉巴扎到群克為中段，這裡叉道、湖沼眾多，洪水期水流漫溢分散，主流常改道；群克以下為下段，河道復舊統一。
塔里木河全部流經沙漠地帶，河床一般為粉沙、沙壤土，極易沖刷。塔里木河中游經常改道，河道含沙量大，約為4.1-5.0千克/立方米。中游地區衝淤變化頻繁，形成南北寬達上百千米的沖積平原。
塔里木河主源和重要支流：葉爾羌河、喀什噶爾河、和田河、孔雀河。
葉爾羌河，發源於喀喇崑崙山北坡海拔7464米的特力木坎力峰東南麓特拉木坎力冰川，長約1280千米，平均流量約210立方米/秒。
喀什噶爾河，上源是克孜勒蘇河，在喀什改稱喀什噶爾河，長約1200公里，平均流量約146立方米/秒。
和田河，發源於神仙灣附近喀喇崑崙山南端的開拉斯山，主源為喀拉喀什河，過阿克賽欽盆地，經墨玉綠洲，與玉龍喀什河匯流成和田河，與葉爾羌河交匯後稱葉爾羌河。
和田河長約1127千米，從南往北縱穿沙漠，洪水季節注入塔里木河，但和田河一年約有9-10個月只流到和田以北便斷流。平均流量約73立方米/秒。
阿克蘇河，由託什幹河與昆瑪拉克河匯流而成，長224千米，平均流量約249 立方米/秒，為塔里木河水量最大一級支流。
孔雀河，源頭來自博斯騰湖，長約785千米，平均流量約38立方米/秒。塔里木河下游水量越來越少，古代與孔雀河匯流後仍稱孔雀河，注入羅布泊。現在塔里木河向東南方向改道，孔雀河修了到塔里木河的人工河，孔雀河已經也沒有水注入羅布泊了，但塔里木河的水可以流入東南方向的臺特瑪湖。
總的來說，塔里木盆地四周高山多，冰雪融水也多，這是撒哈拉沙漠、魯卜哈利沙漠等無法望其項背的。
