吐魯番盆地坐落在我國西北的天山腳下。它東西長245公裏,南北寬75公裏,麵積約5萬平方公裏,有半個江蘇省那麽大。其邊緣被群山環抱,北部的博格多峰(海拔5445米)為最高;中部因極度下陷,地勢低窪,許多農田、村落都在海平麵以下;南部山麓的艾丁湖,湖麵低於海平麵154米,是我國陸地的最低點。如果從地形單元來看,吐魯番盆地算得上世界最低的盆地。
吐魯番盆地低窪而較閉塞的地形,加上極端的幹旱,使它成為我國著名的火州。這裏一年之中有半年處於炎熱的夏季,每年6月至8月,氣溫持續在38℃以上,甚至出現過47.8℃的全國最高氣溫紀錄。特別是橫亙在盆地中部的一條紅砂岩山(高約500米),每當夏季,被烈日炙烤得煙雲繚繞,狀似火焰噴吐,地表溫度多在70℃以上,最高達82.3℃!我國古典神話小說《西遊記》中的火焰山,指的就是這裏(當地稱克孜勒塔格,即紅山)。
吐魯盆地的氣候雖然炎熱幹燥(年平均降水為16毫米左右),但由於盆地中發源於天山的河流有高山冰雪水的供應,流水不斷,更有相當可觀的泉水和地下水,單火焰山各河流的年總徑流量就占天山水係水量的一半以上。當地勞動人民創造了獨特的坎兒井灌溉方式,現在已達1100多條,總長度比我國的京杭大運河還要長得多。這裏的葡萄、哈密瓜已有近兩千年的栽培曆史,無核白葡萄和馬奶子葡萄馳名中外,長絨棉的品質居我國之首位。火焰山下還發現了煤、鐵、雲母、石油等礦產資源。