古尔班通古特沙漠处在东经84º31′―98 º80′，北纬44 º 11′―46 º21′，位于新疆维吾尔自治区北面，古尔班通古特沙漠又处于准噶尔盆地的中部，面积4.88万㎞2，是我国第二大沙漠。古尔班通古特沙漠北面以乌倫古河为界，南面以玛拉斯河为界。

古尔班通古特沙漠由4片沙漠组成，西部为索布古尔布格莱沙漠；东部为霍景涅里辛沙漠；中部为德佐索腾艾里松沙漠；其北部为阔布北―阿克库姆沙漠。沙漠海拔高300 m―600m，绝大部分为固定、半固定沙丘，其面积占整个沙漠面积97%，形成中国面积最大的固定、半固定沙漠，固定沙丘上植被盖度40―50%，半固定沙丘达15―25%，为亚洲中部灌木主要部分，是优良的冬季牧场。沙漠中最有代表性的沙丘类型是沙垅，占沙漠面积50%以上，沙垅平面形态成树枝状，沙垅高度10 ―50 m，长度从数百米至十余公里，沙垅南部高北部低。在沙漠中部和北部沙垅的排列大致呈南北走向；沙漠东南部成西北→东南走向；沙漠西南分布着沙垅蜂窝状沙丘；南部出现少数高大的复合型沙垅。古尔班通古特沙漠流动沙丘集中在沙漠东部，为新月形沙丘和沙丘链，沙漠西部风口附近风蚀地貌异常发育，其中以乌尔禾的“风城”最著名，风城又称魔鬼城，面积15㎞2，属于典型的雅丹地貌。

古尔班通古特沙漠位于准噶尔盆地中部最低洼部位，盆地不是圆形或椭圆形，是不等腰三角形。盆地地势由东向西、北、南缓倾，形似扇状铺展，东南最高部分达1000 m（奇台附近），西部最低处189 m（精河艾比湖），西北边缘亦在250 ―400 m（玛纳斯湖面），盆地主要部分都在海拔300 ―500 m之间。盆地内沉积了巨厚的新第三纪和第四纪沉积层，盆地边缘地带沉积层厚度达数千米以上。

盆地风速年均为1.4―2.7m/s，4―6月风最大，各地都出现7―8级大风，特别在西部、西北部各缺口区风力达10级以上。

盆地水系南缘接近天山山脉水源较多（雨水和冰雪融水），所以河网密度较大，同时向北流程也较长，特别是玛纳斯河，上游水源补给充足水量大，能切穿沙漠流程450余公里入玛纳斯湖。盆地西部及东部由于准噶尔界山及北塔山高度不大，积雪少、降水量稀少，故无多余水流入盆地。从天山流出水流入奎屯河、库尔图河、精河和从准噶尔界山流出水流入艾比湖。阿尔泰山南坡水流入伦古河，为北疆最大的内陆河，全长1000㎞，在福海附近入布伦托海，自成一个独立的布伦托海内陆盆地水系。额尔齐斯河为新疆唯一的外流水系，汇集了源于阿尔泰山西南麓的一系列水流（克朗河、布尔津河、哈巴河等），水量充沛，沿山前断裂带流向北冰洋。

盆地之气候，因地距海洋千里之遥，四周高山围绕，阻止了海洋气流的大量入侵，有半年时间处在高压系统控制下，下沉气流使空气更加干燥，使盆地处在干燥多风、日照长、蒸发强、温度变化剧烈的大陆性荒漠气候特点。

盆地年平均温度4―9 º c，日平均温度在零度以下达五个月（11―3月），月平均温度最低值在－10 º-－30 c0之间；最高值均达28―33 ºc；绝对最低温度和最高温度都可达±40 ºc以上，温度年较差可以80 ºc以上。

盆地年降水在70 mm―150mm，主要集在春、秋两季。降水由边缘向沙漠中心明显减少。如天山北麓乌苏为274.6 mm，而沙漠边缘炮台仅85.8 mm。降水量另一特点，由西向东减少，从西部和西北部诸山口进入的西风湿润气流吹过山岭时已被剥夺了大部分的水分，越往东吹空气越干燥。降水量随海拔增加而增加，高山地区降雨量充沛，一般大于500 mm。蒸发量的大小受到温度、风等因素的制约，盆地内干热、多风，蒸发旺盛，年蒸发量一般在1400 ―2100 mm，为降水量的十倍以上，有的地方（玛纳斯）可达20倍。

准噶尔盆地的风主要从西部各山谷和山口（阿拉山口、托里山口、老风口和额尔齐斯河谷之缺口）进入的西风气流，西风和西北风多出现在4―8月，9月至次年3月多东北风，而东偏南风在盆地北部冬天（哈巴河、布尔津、富海）占优势。

准噶尔盆地四周高山和盆地低地高差4000m以上，同时又具备有地质条件，所以盆地有承压井（自流井），据不完全统计，天山山脉水系流向盆地平均流量达556m3/s，说明补给盆地地下水量相当丰富的。

在山麓洪积地，洪积-冲积层中含水层洪积，冲积物质广泛分在盆地周围的山前平原地带。盆地南缘，分布范围东起奇台，经阜康、玛纳斯、乌苏，西至托里，沿大山成东西狭长地带，在西部大约南北宽70km中部宽50km，东部宽30km。盆地西北缘，洪积-冲积层分布亦较广，东起德仑山，西至艾比湖，沿哈拉阿拉特山，扎依尔山皆有分布，东北宽40 km，西部宽10 km盆地北部亦有洪积-冲积层分布，但一般分散在高起的梁上。洪积-冲积地带内部往往蕴藏着丰富的水源，是准噶盆地城镇和农业分布区域。

盆地植物区系处在中亚和亚洲中部荒漠交界处，沙漠西部和中部以中亚荒漠植物区系占优势，如白梭梭（Haloxylon persicum）、苦艾蒿(Artemisia santolina)、白蒿(Artemisia terrae—albae）、囊果苔草(carex physodes)、西伯利亚鹅冠草(Agropyron sibiricum)和多种短命植物；而沙漠南缘东部及北部则有相当多的蒙古植物区系，如梭梭(Haloxylon ammodendron)、蛇麻黄(Ephedra distadchya)、花棒(Hedysarum scoparium)、沙蒿(Artemisia arenaria)。古尔班通古特沙漠，春天景观同其它沙漠不同，冬季有积雪深度多在20cm，春季融雪后沙漠短命植物迅速萌发开花，沙漠里一片绿草鲜花，繁花似锦，把沙漠装点的生机勃勃。沙漠里植物种多达300种以上。沙漠西缘甘家湖梭梭自然保护区，分布在古湖积平原和河流下游三角洲，形成荒漠丛林，林木面积100万km2。

吉木乃北沙窝是古尔班通古特沙漠边缘,属于吉木乃县，北沙窝腹地面积有2万km2沙漠湿地，生长有芦苇，湿地周围生长有白桦、柳树、杨树，灌木有梭梭、花棒、沙棘。在梭梭林内寄生一种内苁蓉，是一种中药補品，每年4―5月群众挖苁蓉。

沙漠南缘1949年后大量开发，垦区、农牧场呈带状分布，其中有北塔山牧场、红旗、土墩子、一0七、一0二、一0三、一0六、芳草湖、新湖等团场的耕地已深入到沙漠内部。

新疆准噶尔盆地的绿洲面积由新中国成立4万km2，扩展到7.07万km2，在水资源有限前提下，导致部分地区绿洲搬家现象，流域上中游绿洲在扩大，下游绿洲在萎缩。像玛拉斯河，在中上游拦河建几座水库，如今玛拉斯河只留下断断续续的河道，作泄洪之用。

现在规定在沙漠边缘和绿洲划作保护区，通过草场围栏、退牧、休牧恢复荒漠植被。

古尔班通古特沙漠旅游从自治首府乌鲁木齐进入沙漠最近通道从五家渠为起点，东线从一0二团场17连出绿洲。西线经一0三团场14连进入沙漠，终点到准噶尔盆地的罗布泊东道子海，全长约60 km。这条通道上绿洲与沙漠狗牙交错，形成独特的自然人文景观。一边是梭梭、胡杨、黄羊、古老自然生态；一边是机耕、电井、喷灌现代绿洲文明。一边是沙丘绵延，万簌俱寂，黄色遮天；一边绿波万顷，欢歌笑语生机盎然。如果从东道子海继续北上沙漠探险，沿古驼道穿越古尔班通古特沙漠腹地直抵阿勒泰。沙漠腹地保留了大量珍贵的古丝绸之路文化遗迹；北庭都护府遗址（红旗农场）、土墩子大清真寺、烽火台、马桥古城、西泉冶炼遗址、一0三团新渠城子遗址、一0五团头道沟古城遗址。

沙漠矿产有石西、彩南、陆梁三个百万吨级自动化油田。在盆地西北部有大型盐矿，年产40万吨。

2005年10月23日，古尔班通古特沙漠被《中国国家地理》评为中国最美五大沙漠之一。