在中国的分布东起内蒙古集二线，向西经宁夏的北部和甘肃西北部达新疆的哈密和新疆北部，在新疆除额尔齐斯河以北地区外，其他各地区均有分布。国际上分布于伊朗、阿富汗、哈萨克斯坦及蒙古。

体长大于150毫米，体形较大的沙鼠种类。耳短小，为12～17毫米，不及后足长之半。尾粗大，略短于体长。

背部暗沙黄或暗黄褐色，毛基灰色。杂有黑色或褐色毛尖，或因灰色毛基显露，故较体侧色暗。体侧毛基灰色，上段浅黄或锈黄色。腹部、前肢内侧毛基暗灰，端部污白，并略带黄色。四肢外侧和后足臃部被有少量黄色或红锈色毛。尾上下同色，较背部色深，带浅红锈色毛；尾端后半段有黑色或棕黑色长毛，在末端形成笔状毛束。夏季毛较短且色浅，冬季毛长而密，毛色深暗。爪粗壮而锐利，暗黑色。

头骨粗壮，宽大。鼻骨狭长，额骨长大，中间低凹。眶上脊明显。顶骨较短且扁平，颞脊明显，向后延伸达顶间骨外角处再向两侧弯曲。顶间骨近于椭圆形。颧弓中部不向外突出。听泡不显著膨大。前腭孔狭长，其后缘不达臼齿列之间的连线；后腭孔细小。每一上门齿唇面各具2条纵沟，外侧1条较明显。臼齿咀嚼面比较平坦，由内外珐琅质壁折叠将齿冠围成椭圆形的齿环。M¹的咀嚼面具3个椭圆形齿环，M²具2个，M³靠近中部具一浅的凹陷，将该齿分成前后2个齿环。

为亚洲中部荒漠中典型鼠种。栖息于沙质荒漠中以梭梭（Haloxylon ammodendron）为主的低缓沙丘底部，以柽柳为主的黏土荒漠，或以梭梭、麻黄（Ephedra sinica）为主的砾石荒漠和山麓冲积扇，有梭梭的荒漠环境均有分布。在农业区多栖息于田埂上。

群栖，白日活动，其活动时间与范围随季节而异，春季在洞外活动的时间较长，范围可达50米，主要以取食为主；有时亦相互追逐、嬉耍。夏季有清晨与傍晚2个活动高峰。冬季，在日出后2～3个小时方开始活动，活动时间也短。风雪天可整日不出洞。性机警，视觉与听觉发达，出洞时，常将头探出洞外。遇到危险，发出“啷唧”声，在外取食和活动的同伴听到后迅速逃回洞内。

其洞群多建在梭梭丛下以及沟谷中的平缓斜坡上，1个洞群的洞口数由十几个至几十个不等。洞口直径6～10厘米，洞外有小土丘，常有细小的梭梭枝条散落在洞口周围，活动痕迹明显。洞系构造复杂，洞道为2～3层彼此相通，最上一层离地面约40厘米，每层相距40～60厘米，窝巢距地表1～3米不等。整个洞系虽复杂，庞大、洞口较多，但大沙鼠常仅利用一部分洞口作为活动中心。

食物以荒漠植物为主，例如梭梭、锦鸡儿、猪毛菜、芦苇、沙拐枣、白刺等的茎、叶、嫩枝。春季剖检的大沙鼠胃内食糜多呈褐色，也吃刚长出的植物嫩茎；夏季，常爬到2～3米高的梭梭树上，将枝条咬落在地上后再取食，枝条上啮咬的斜茬非常明显。夏秋两季有储存食物的习性。善攀缘，能爬到3米以上的梭梭树上取食，并将咬断的嫩枝拖回洞内。

繁殖期集中在4～6月，在此期间可繁殖2次。在较好的气候食物条件下，部分雌鼠在秋季可生第三胎。妊娠期25天左右，每胎产仔3～9个，平均6.9个。

表现在多个方面。虽然其数量较为稳定，但由于个体大和有储草习性，对固沙植物危害严重。每公顷仅储草就有200千克以上。由于大沙鼠的啃食，挖掘洞、穴，尤其是在固沙植物的根部挖掘通道，常造成植物的早期死亡，从而导致流沙再起。大沙鼠也是动物流行病的传播者。