新疆的地貌可以概括為“三山夾兩盆”,北面是阿爾泰山,南面是昆侖山,天山橫貫中部,把新疆分為南北兩部分,習慣上稱天山以南為南疆,天山以北為北疆。南疆的塔里木盆地面積52.34萬平方公里,是中國最大的內陸盆地。位于塔里木盆地中部的塔克拉瑪干沙漠,面積約33萬平方公里,是中國最大、世界第二大流動沙漠。貫穿塔里木盆地的塔里木河全長2486公里,是中國最長的內陸河。北疆的準噶爾盆地面積約38萬平方公里,是中國第二大盆地。準噶爾盆地中部的古爾班通古特沙漠面積約4.8萬平方公里,是中國第二大沙漠。在天山東部和西部,還有被稱為“火洲”的吐魯番盆地和被譽為“塞外江南”的伊犁谷地。位于吐魯番盆地的艾丁湖,低于海平面154.31米,是中國陸地最低點。新疆水域面積5500平方公里,其中博斯騰湖水域面積992平方公里,是中國最大的內陸淡水湖。片片綠洲分布于盆地邊緣和干旱河谷平原區,現有綠洲面積14.3萬平方公里,占國土總面積的8.7%,其中天然綠洲面積8.1萬平方公里,占綠洲總面積的56.6%。