塔里木盆地（维吾尔语：تارىم ئويمانلىقى ）位于中国新疆南部，是中国面积最大的内陆盆地。盆地处于天山、昆仑山和阿尔金山之间。南北最宽处520千米，东西最长处1400千米，面积约40多万平方千米。海拔高度在800-1300米之间，地势西高东低。
塔里木盆地是大型封闭性山间盆地，地质构造上是周围被许多深大断裂所限制的稳定地块，盆地地势西高东低，微向北倾，旧罗布泊湖面高程780米，是盆地最低点。塔里木河位置偏于盆地北缘，水向东流。
盆地地貌呈环状分布，边缘是与山地连接的砾石戈壁，中心是辽阔沙漠，边缘和沙漠间是冲积扇和冲积平原，并有绿洲分布。塔里木河以南是塔克拉玛干沙漠，是中国最大沙漠，为居世界第2位的流动沙漠。塔里木盆地属于暖温带气候，年均温9～11℃，无霜期超过200天。自然灾害主要是风沙和干热风，以东北风和西北风为主，盆地边缘沙丘南移现象严重。
盆地水分主要来自西风气流，盆地降水稀少，盆地本身无法形成径流，较大河流有南部的叶尔羌、克孜勒、盖孜、和田、克里雅等河，北部的阿克苏、台兰、渭干、库车及开都（下游称孔雀）等河。盆地地下水的补给主要来自河床、渠道及田间渗漏，地下水动储量为110～148亿立方米。
盆地沿天山南麓和昆仑山北麓，主要是棕色荒漠土、龟裂性土和残余盐土，昆仑山和阿尔金山北麓则以石膏盐盘棕色荒漠土为主。塔里木盆地中石油、天然气资源蕴藏量十分丰富，分别约占全国油、气资源蕴藏量的1/6和1/4。