吐鲁番盆地坐落在我国西北的天山脚下。它东西长245公里，南北宽75公里，面积约5万平方公里，有半个江苏省那么大。其边缘被群山环抱，北部的博格多峰为最高；中部因极度下陷，地势低洼，许多农田、村落都在海平面以下；南部的山麓的艾丁湖，湖面低于海平面154米，是我国陆地的最低点。如果从地形单元来看，吐鲁番盆地算得上世界最低的盆地。
吐鲁番盆地低洼而较闭塞的地形，加上极端的干旱，使它称为我国著名的“火州”。这里一年之中有半年处于炎热的夏季，每年6月至8月，气温持续在38℃以上，甚至出现过47.8℃的全国最高气温纪录。
