准噶尔盆地位于阿尔泰山与天山之间,西侧为准噶尔西部山地,东至北塔山麓。南北宽450千米,东西长700千米,面积达30多万平方千米,沙漠占30%。地势向西倾斜,北部略高于南部,北部的乌伦古湖(布伦托海)湖面高程479.1米,中部的玛纳斯湖湖面270米,西南部的艾比湖湖面189米,是盆地最低点。盆地西侧有几处缺口,如额尔齐斯河谷、额敏河谷及阿拉山口。西风气流由缺口进入,为盆地及周围山地带来降水。
准噶尔盆地在地质构造上为古陆台。