吐鲁番盆地是天山东部吐鲁番~哈密统一构造盆地的一部分，因二者之间有库姆塔格高地，而且第四纪期间构造方向不同，习惯上分为吐鲁番和哈密两个盆地。
吐鲁番盆地西起阿拉沟口，东至七角井峡口西口，北为博格达山，南为觉罗塔格，东西长 245km，南北宽约75km。面积约5万k㎡。
中生代时洼地形态已存在，中新世喜马拉雅运动盆地边缘断裂上升，中部下陷，盆地形成，堆积有很厚的红土。
上新世末更新世初的强烈构造运动，盆地边缘山地断裂崛起，盆地大幅度下陷，形成今日的盆地构造。
吐鲁番盆地地势低洼，有4050k㎡低于海平面以下，艾丁湖海拔-155m，为全国陆地最低点。
吐鲁番盆地自古有“火洲”之称，6-8月平均气温38℃，绝对最高气温47.8℃，日均温≥10℃的持续日数215天，积温4500-5500℃，日照超过3000小时，无霜期180-240天。
充裕的热量资源，利于长绒棉和瓜果生长，海岛棉的单产、质量均居全国首位,无核白葡萄在内外享有盛誉。
年降水量16.6mm，最少年仅2.9mm，而蒸发量达3000mm以上，致使盆地干燥灼人，农业全靠高山下注的融雪水灌溉。
由于特殊的自然条件，兼以交通位置重要，历史文化颇为发达，是“丝绸之路”上的一颗明珠，文物古迹众多，可供科学工作者游人研究和欣赏。盆地内有储量丰富的石油资源。