新疆的地形地貌可以概括为“三山夹两盆”：北面是阿尔泰山，南面是昆仑山，天山横贯中部，把新疆分为南北两部分，南部是塔里木盆地，北部是准噶尔盆地，习惯上称天山以南为南疆，天山以北为北疆。把哈密、吐鲁番盆地为东疆。最高点乔戈里峰位于克什米尔边境上，海拔8611米。

南疆的塔里木盆地面积53万平方公里，是中国最大的内陆盆地。位于塔里木盆地中部的塔克拉玛干沙漠，33.67万平方公里，是中国最大、世界第二大流动沙漠，仅次于阿拉伯半岛上的鲁卜哈利沙漠。

北疆的准噶尔盆地面积约38万平方公里，是中国第二大盆地。准噶尔盆地中部的古尔班通古特沙漠面积约4.8万平方公里，是中国第二大沙漠。

在天山东部和西部，还有被称为“火洲”的吐鲁番盆地和被誉为“塞外江南”的伊犁谷地。位于吐鲁番盆地的艾丁湖，低于海平面155米，是中国陆地最低点。