吐鲁番盆地被天山山脉的东段，博格达山和库鲁克山所环绕。博格达山的海拔超过了5，000米，而南侧的觉罗塔格山海拔则在1，000至1，500米之间。这个盆地拥有独特的自然环境，阳光充足，年日照时间超过3，000小时，夏季极为炎热，最高气温可达到49.6℃。盆地内的主要水源是天山山脉的冰雪融水，通过坎儿井等地下灌溉系统，为周边的吐鲁番、鄯善和托克逊等绿洲提供了灌溉水源。吐鲁番盆地以其干燥少雨的荒漠性气候而著称，年降水量约为16毫米，而蒸发量却高达3，000毫米。这里的风力强劲，春季风暴频繁，因此也被称为地下风库。葡萄沟是吐鲁番的著名景点，以其丰富的瓜果和葡萄而闻名，被誉为“中国的绿珍珠”。