吐鲁番盆地东西长245公里，南北宽75公里，约为5万平方公里，相当于半个江苏省大小。盆地北部是博格达山，西部是天山西麓，南部是库鲁克塔格山，东部是北山。

盆地以戈壁沙漠为主，最低点位于西部的艾丁湖，湖面海拔-154.31米，是中国陆地的最低点，也是世界第二低地，仅次于死海的-415米。

博格达山的最高峰海拔5445米，与艾丁湖面落差达5599米，这比死海要强的多。

艾丁湖，位于吐鲁番市以南约40公里，吐鲁番盆地西部的水流，最终都汇入这里。不过吐鲁番盆地气温太高，年蒸发量是降水量的上千倍，只有冬季才有少量的水注入艾丁湖。

艾丁湖早在2亿年前就形成了，当时是一个可以与洞庭湖媲美的大湖，由于沙漠地带气候炎热，最高气温达50℃，地表温度高达80℃，湖面不断缩小。

1756年清朝清乾隆时期，艾丁湖面积是230平方千米。1949年勘测，是152平方公里。2010年，湖面仅剩0.5平方公里。

艾丁湖是一个没有出口的湖泊，随着矿物质沉淀，理论上应该是一个像死海一样的咸水湖。但艾丁湖与地下水相连，湖里的水是可以饮用的。

艾丁湖四周到处是银白晶莹的盐块，但湖水的盐分并不高，成为吐鲁番盆地最重要的一块水资源要地，也是历史上兵家必争之地。艾丁湖旁边的古代城楼烽燧，印证了这是一块战略要地。

银白的盐碱地，时而产生海市蜃楼的奇观，游客络绎不绝。