位于阿拉善盟东南部，西北隔雅布赖山与巴丹吉林沙漠相望，东北与乌兰布和沙漠相邻，南和西南与宁夏回族自治区、甘肃省相连。内蒙古自治区内的面积近3万平方千米，总面积达3.67万平方千米。腾格里为蒙古语，意为青天，意思是像天一样浩瀚无际的沙漠。

地质构造上属华北地台阿拉善台隆潮水—腾格里边缘坳陷的一部分。腾格里沙漠外围被群山环绕，南有长岭山、通湖山等，东有贺兰山，北有巴音乌拉山，西北有雅布赖山。地势由西向东逐渐降低，在西端的榆树湖海拔为1468米，到东端腰坝海拔降为1286米。具有典型温带大陆性气候特征。年平均降水量116～148毫米，多集中在7～8月份，雨热同季，为夏季一年生草类和其他小禾草生长提供了较好的水热条件。年蒸发量3000～3600毫米。年平均风速3～4米/秒，年大风日数30～50天。黄河流经沙漠的东南边缘，有引黄灌溉历史。沙漠内部广泛分布有大小湖盆422个，总面积达50.34万公顷。

沙漠内部为沙丘、湖盆、山地、残丘及平地交错分布，其中沙丘占71%、湖盆草滩占7%，山地残丘及平地占22%。在分布最广泛的沙丘中，流动沙丘占67.2%，半固定沙丘占17.4%，固定沙丘占15.4%。腾格里沙漠沙丘是一种复合变形的宽阔沙丘垄，沙丘形态以格状沙丘链和新月形沙丘及沙丘链为主（见图）。腾格里沙漠沙丘多为高大沙山，集中分布在沙漠的中部，一般高200～300米，最高可达420米。沙山排列方向为北东30º～40º，反映了当地主要受西北方向的盛行风影响。沙丘之间低地有湖泊分布，当地称湖泊为“海子”。这些湖泊（海子）的面积一般比较小。山地大部分被流沙掩没或被沙丘分割的零散孤山残丘，如阿拉古山、青山、头道山、二道山、三道山、四道山、图兰泰山等。沙漠内部的平地主要分布在东南部的查拉湖与通湖之间。沙漠中的湖盆边缘有小面积开垦。

腾格里沙漠

腾格里沙漠中的湖盆光热充足，水分条件较好，地下水较丰富，埋深1～2米，是沙漠内绿洲分布的地方，为沙区群众世代居住生息的地方。腾格里沙漠地带性土壤为灰漠土和棕钙土，植被以沙生灌木、半灌木占优势。沙砾质和沙壤质土层中，常有大量石膏聚集。在湖盆中发展着大片盐碱土，其中以草甸盐土分布最广，生长着大量盐生植物。风沙土是境内面积最大的土壤类型，从湖盆边缘到山前平原均有分布。大片的流动沙丘几乎不生长植物，盖度在1%以下；半固定沙丘植被盖度可达15%～20%，以籽蒿、沙竹为主；固定沙丘植物生长较密，主要是以油蒿占优势。在广泛分布的湖盆中，由于水分条件较好，以盐化草甸、沼泽植被为主。在沙漠边缘的山前洪积冲积平原和沙漠内的岛山残丘及山间谷地，主要饲用和药用植物有红砂、珍珠、沙冬青、霸王、麻黄等。在梧桐树湖一带沙丘间有天然胡杨次生林。

人口密度较巴丹吉林沙漠大，居民点分布在较大的湖盆外围。沙漠边缘有通湖、头道湖、温都尔图和孟根等居民点，此外还有一些固沙林场。沙坡头附近为国家自然保护区，面积1.27万公顷。沙漠内部无固定道路，因沙丘较小而居民点较多，有东西直穿沙漠而过的通道。包兰铁路穿过沙漠东南边缘。沙漠内部的查汗池、红盐池和屯池等盛产食盐。居民以蒙古族为主，主要经营畜牧业，定居放牧。沙漠现代演变速度较慢，只有5.2%的沙漠发生了变化，沙漠活化和沙漠扩缩变化均很少。