Die Karakum-woestyn, wat groot dele van die Turkmeense staatsgebied dek, is oos van die Kaspiese See geleë en word in die noorde deur die Aralsee en die Amudarja-rivier, en in die noord-ooste deur die Kyzylkum-woestyn begrens. Nadat die Aralsee se wateroppervlak in die 20ste eeu steeds verder gekrimp het, het op sy voormalige seebedding die uitgestrekte "Aral-Karakum" ontstaan, 'n barre landskap wat oor sowat 40 000 km² strek.
Alhoewel die Aralsee in sy verlede steeds deur wisselende watervlakke gekenmerk is, is die onlangse grootskaalse waterverlies deur massiewe besproeiingskemas veroorsaak wat in die Sowjet-tydperk op die been gebring is. Terwyl watervlakke in die noordelike deel van die Aralsee tans weer styg, daal hulle in die suidelike Aralsee nog steeds sodat die woestyn hier uitbrei.
Sowat 30 miljoen jaar gelede was die hele woestyn nog deur 'n uitgestrekte see bedek. Eers nadat in die suidelike dele van die Turan-vlakte berge begin vorm het, het die see geleidelik verdwyn. Later het die Amudarja deur die gebied gevloei. Die rivier het sy loop soms verander en groot hoeveelhede alluviale materiaal (hoofsaaklik sand en klei) in die gebied afgeset.
Sand uit die Karakum-woestyn bevat tans sowat veertig verskillende minerale wat deur die rivier uit die berggebiede in die suid-ooste na die woestyn vervoer is. Nadat die Amudarja-rivier sy loop in noordwaartse rigting verander het om in die Aralsee uit te mond, is die woestynoppervlak hoofsaaklik deur winde gevorm.
Die Karakum-woestyn was die tuisland van 'n vroeë beskawing wat in die 4de millennium v.C. as oase-beskawing gelyktydig met die rivierbeskawings van die Nyl, Mesopotamië en die Indus-vallei ontstaan het. Omstreeks 1700 v.C. het die beskawing om onbekende redes verdwyn. Navorsers neem aan dat die Karakum-bewoners na die Tweestroomland (die huidige Irak) gemigreer het.
Eeue later het die Syroete deur die Karakum-woestyn geloop. Die oasestad Merv was in die antieke tydperk en in die middeleeue 'n belangrike tussenstasie op hierdie handelsroete.
In 2000 het die Turkmeense regering begin om in die Karashor-vallei naby die stad Yaila 'n kunsmatige meer in die woestyn te skep. Nadat die eerste fase van die bouprojek voltooi is, het die eerste water op 15 Julie 2009 na die meer gevloei. Die watertoevoerkanale vir die meer sal 'n totale lengte van meer as 2 500 kilometer hê om die toekomstige meer met 'n lengte van 100 kilometer, 'n wydte van 19 kilometer en 'n totale oppervlakte van 1 900 km² te voed. Ná sy voltooiing in 2020 sal die kunsmatige meer jaarliks met tien miljard m³ water gevoed word. Sy totale waterinhoud sal 132 miljard m³ beloop.