新疆地貌特徵豐富多樣，可以概括為「三山夾兩盆」。具體表現為：
北部是阿爾泰山，南部是崑崙山，中部是天山山脈。這一地理格局將新疆分為南北兩部分，南部是塔里木盆地，北部是準噶爾盆地。
塔里木盆地面積約53萬平方公里，是中國最大的內陸盆地。盆地中央的塔克拉瑪乾沙漠，面積約33萬平方公里，是中國最大、世界第二大的流動沙漠。
準噶爾盆地面積約38萬平方公里，是中國第二大盆地。
天山山脈擁有眾多河流和湖泊，是天山天池所在地，也是博格達峰的所在。
吐魯番盆地和伊犁谷地是新疆的兩大著名地理特徵，吐魯番盆地的艾丁湖是中國陸地最低點。
新疆還擁有豐富的綠洲和濕地資源，綠洲面積約16.2萬平方公里，占新疆總面積的9.7%。
此外，新疆境內還有多條內陸河和冰川，如塔里木河和中國最大的喀喇崑崙山脈。新疆屬於典型的溫帶大陸性乾旱氣候，擁有獨特的生物多樣性和豐富的自然資源。