世界上的大沙漠，如777万平方千米的撒哈拉沙漠、65平方千米的鲁卜哈利沙漠，几乎没有一条像样的河流。相比之下我国塔里木盆地中的塔克拉玛干沙漠，面积约34万平方千米，简直是“河道纵横，水网密布”。
塔里木盆地按照逆时针方向，由天山山脉、帕米尔高原、昆仑山脉、阿尔金山围成。塔里木盆地呈椭圆形，东西最长约1500公里，南北最宽约600公里，总面积约53万平方公里。塔里木盆地海拔高度在800至1300米之间，地势西高东低，东部罗布泊是盆地最低处，也是积盐中心，海拔约780米。
塔里木盆地的边缘为山麓、戈壁和绿洲（冲积平原），中部是塔克拉玛干沙漠，这里是世界上距离海洋最远的地方。由于塔里木盆地高山环绕，海洋的湿润气流很难到达，盆地年降雨量极少，塔克拉玛干沙漠几乎终年不雨。
塔克拉玛干沙漠是世界第十大沙漠，东西最长约1000公里，南北最宽约400公里，面积约34万平方公里。塔克拉玛干沙漠并不完全是沙子，四周有河流，甚至南北还有河流纵穿，这些连在一起的河流都注入塔里木河。
塔里木河主源为叶尔羌河，发源于喀喇昆仑山特力木坎力峰东南麓，沿塔克拉玛干沙漠北缘注入罗布泊，全长2327千米，是中国最长的内流河。叶尔羌河、喀什噶尔河、阿克苏河、和田河先后汇流后，称为塔里木河，此后塔里木河干流分为上中下三段。
羊吉巴扎以上为上段，此段河床不分叉，侧蚀强烈，曲流发育，河床不稳定；羊吉巴扎到群克为中段，这里叉道、湖沼众多，洪水期水流漫溢分散，主流常改道；群克以下为下段，河道复旧统一。
塔里木河全部流经沙漠地带，河床一般为粉沙、沙壤土，极易冲刷。塔里木河中游经常改道，河道含沙量大，约为4.1-5.0千克/立方米。中游地区冲淤变化频繁，形成南北宽达上百千米的冲积平原。
塔里木河主源和重要支流：叶尔羌河、喀什噶尔河、和田河、孔雀河。
叶尔羌河，发源于喀喇昆仑山北坡海拔7464米的特力木坎力峰东南麓特拉木坎力冰川，长约1280千米，平均流量约210立方米/秒。
喀什噶尔河，上源是克孜勒苏河，在喀什改称喀什噶尔河，长约1200公里，平均流量约146立方米/秒。
和田河，发源于神仙湾附近喀喇昆仑山南端的开拉斯山，主源为喀拉喀什河，过阿克赛钦盆地，经墨玉绿洲，与玉龙喀什河汇流成和田河，与叶尔羌河交汇后称叶尔羌河。
和田河长约1127千米，从南往北纵穿沙漠，洪水季节注入塔里木河，但和田河一年约有9-10个月只流到和田以北便断流。平均流量约73立方米/秒。
阿克苏河，由托什干河与昆玛拉克河汇流而成，长224千米，平均流量约249 立方米/秒，为塔里木河水量最大一级支流。
孔雀河，源头来自博斯腾湖，长约785千米，平均流量约38立方米/秒。塔里木河下游水量越来越少，古代与孔雀河汇流后仍称孔雀河，注入罗布泊。现在塔里木河向东南方向改道，孔雀河修了到塔里木河的人工河，孔雀河已经也没有水注入罗布泊了，但塔里木河的水可以流入东南方向的台特玛湖。
总的来说，塔里木盆地四周高山多，冰雪融水也多，这是撒哈拉沙漠、鲁卜哈利沙漠等无法望其项背的。