塔里木盆地（維吾爾語：تارىم ئويمانلىقى ）位於中國新疆南部，是中國面積最大的內陸盆地。盆地處於天山、崑崙山和阿爾金山之間。南北最寬處520千米，東西最長處1400千米，面積約40多萬平方千米。海拔高度在800-1300米之間，地勢西高東低。

塔里木盆地是大型封閉性山間盆地，地質構造上是周圍被許多深大斷裂所限制的穩定地塊，盆地地勢西高東低，微向北傾，舊羅布泊湖面高程780米，是盆地最低點。塔里木河位置偏於盆地北緣，水向東流。

盆地地貌呈環狀分佈，邊緣是與山地連線的礫石戈壁，中心是遼闊沙漠，邊緣和沙漠間是沖積扇和沖積平原，並有綠洲分佈。塔里木河以南是塔克拉瑪干沙漠，是中國最大沙漠，為居世界第2位的流動沙漠。塔里木盆地屬於暖溫帶氣候，年均溫9～11℃，無霜期超過200天。自然災害主要是風沙和乾熱風，以東北風和西北風為主，盆地邊緣沙丘南移現象嚴重。

盆地水分主要來自西風氣流，盆地降水稀少，盆地本身無法形成徑流，較大河流有南部的葉爾羌、克孜勒、蓋孜、和田、克里雅等河，北部的阿克蘇、臺蘭、渭幹、庫車及開都（下游稱孔雀）等河。盆地地下水的補給主要來自河床、渠道及田間滲漏，地下水動儲量為110～148億立方米。

盆地沿天山南麓和崑崙山北麓，主要是棕色荒漠土、龜裂性土和殘餘鹽土，崑崙山和阿爾金山北麓則以石膏鹽盤棕色荒漠土為主。塔里木盆地中石油、天然氣資源蘊藏量十分豐富，分別約佔全國油、氣資源蘊藏量的1/6和1/4。