额济纳盆地南、西、北三面为低山环抱，东为巴丹吉林沙漠。盆地内地势低平，海拔高度为900~1127m，最低点为盆地北部的西居延海，最高点为南部的狼心山。总体上自南向北、自东向西缓慢倾斜，地面坡降为1‰~1.5‰，盆地内第四纪地层发育较为齐全，组成盆地的主体地层，具有重要的水文地质意义。

盆地深居内陆腹地，降水稀少、蒸发强烈，多年平均降水量为37mm，多年平均蒸发量为3653mm，是典型的大陆性干旱气候区。绿洲面积3328km2，主要有胡、沙枣、红柳、梭梭等乔灌树种和苦豆子、芦苇、芨芨草等草类，现存胡杨、沙枣林52万亩，红柳林124万亩，对绿洲的存在和畜牧业发展至关重要。