西北地區深居內陸，距海遙遠，再加上高原、山地地形較高對溼潤氣流的阻擋，導致本區降水稀少，氣候乾旱，形成沙漠廣袤和戈壁沙灘的景觀。

東南部地區為溫帶季風氣候和亞熱帶季風氣候，其他的大部分地區為溫帶大陸性氣候和高寒氣候，冬季嚴寒而乾燥，夏季高溫，降水稀少，自東向西呈遞減趨勢。氣溫的日較差和年較差都很大。吐魯番盆地為全國夏季最熱的地區。托克遜為全國降水最少的地區。

西北地區地形包括天山山脈、阿爾金山脈、祁連山脈、陰山山脈、崑崙山脈、祁連山原始森林、阿爾泰山脈、大巴山脈、河西走廊、準噶爾盆地、塔里木盆地、青藏高原、黃土高原、蒙古高原、塔克拉瑪干沙漠、吐魯番盆地等。

中國西北地區最為顯著的自然特徵是氣候乾旱，西北地區深居內陸，距海遙遠，再加上高原、山地地形較高對溼潤氣流的阻擋，導致本區降水稀少，氣候乾旱，形成沙漠廣袤和戈壁沙灘的景觀。

西北地區地形包括天山山脈、阿爾金山脈、祁連山脈、陰山山脈、崑崙山脈、祁連山原始森林、阿爾泰山脈、大巴山脈、河西走廊、準噶爾盆地、塔里木盆地、青藏高原、黃土高原、蒙古高原、塔克拉瑪干沙漠、吐魯番盆地等。

由於氣候乾旱，氣溫的日較差和年較差都很大。西北地區大部屬中溫帶和暖溫帶大陸性氣候，區域性屬於高寒氣候。吐魯番盆地為全國夏季最熱的地區。托克遜為全國降水最少的地區。