塔里木河流域周围是天山南坡—昆仑山—阿尔金山等高原山区，中间是塔里木盆地。发源于盆地周边高原山区的一百四十多条大小河流呈向心分布汇入盆地，大多数小河流出山区后消耗散失于绿洲和广阔的沙漠地区。

塔里木河为中国第一大内陆河，全长2179公里，它由叶尔羌河、和田河、阿克苏河等汇合而成，河水很不稳定，被称为“无缰的野马”。 塔里木河流域位于新疆南部，在天山山脉和昆仑山脉之间，东西长1100公里，南北宽600 公里，是世界上最大的内陆河流域，从最长的源流——叶尔羌河流域算起，到塔里木河尾闾——台特玛湖，长2400公里，我国最大世界第二大的流动沙漠塔克拉玛干沙漠位于其中部。盆地总面积105万平方公里，其中，沙漠面积37.04万平方公里。

塔里木河流域地域广大，漫长的历史进程形成流域内独特而美丽的自然景观：博斯腾湖是我国最大的内陆淡水湖，镶嵌在流域的东北角，碧波荡漾；塔里木河是我国最长的内陆河，仍保留着世界上面积最大、分布最密集的天然胡杨林区；塔克拉玛干沙漠位于流域中部的是我国最大、世界第二的沙漠；还有天山上的天鹅保护区以及处于流域东部神秘的罗布泊洼地等等。

塔里木流域历史悠久。早在几千年前，人类就已在河流下游逐水草而居。人类长期活动造就了流域内丰富的人文景观。主要有从焉耆至喀什长1000多公里的古丝绸之路南道、古楼兰遗址、库车县境内克孜尔千佛洞、喀什市香妃墓以及千百年来少数民族形成风格各异的民风、习俗等。此外还有解放以来，新建成的横亘塔克拉玛干沙漠的沙漠石油公路和我国第四大灌区---叶尔羌河灌区，蔚为壮观。

塔里木河流域中心为塔克拉玛干沙漠，向塔里木盆地内部倾斜至沙漠边缘的山前倾斜平原，分布着山地、绿洲、自然植被、荒漠等。塔里木河流域水资源总量为429亿立方米，其中，地表水资源量为398.3亿立方米，地下水资源量为30.7亿立方米。塔里木河流域属典型的温带干旱大陆性气候，光热资源十分丰富，流域内干燥多风，日气温差较大，降水稀少，蒸发强烈。

塔里木河流域包括巴音郭楞蒙古自治州、阿克苏地区、喀什地区、克孜勒苏克尔克孜自治州、和田地区5个地州共42个县市和兵团农一师、农二师、农三师、和田农垦管理局共56个农垦团场，是以维吾尔族为主体的多民族聚居区。据统计，流域总人口为826万人，其中少数民族681万人，占总人口的82.5%，流域内现有灌溉面积近133万公顷。该区域具有自然资源相对丰富与生态环境极端脆弱的双重性特点，资源开发过程中生态与经济的矛盾十分突出，是我国的荒漠大区，也是国家脱贫攻坚的重点区域，更是新时期兵团向南发展、实现社会稳定和长治久安总目标的关键区域。