在巴丹吉林沙漠内，沙山沙丘、风蚀洼地、剥蚀山丘、湖泊盆地和谷地交错分布，并以流动沙丘为主，约占沙漠总面积的83%，流沙面积仅次于新疆的塔克拉玛干沙漠。沙漠中部是高度约为200—300米的复合型沙山，形态复杂，高大密集，最高的巴彦诺尔、吉诃德沙山高度达500米以上，是世界上最高的沙丘。巴丹吉林沙漠属于温带干旱和极干旱气候区，气候极为干旱，降水稀少，且多集中在6—8月份，年降水量仅40—80毫米，而蒸发量却是降水量的40—80倍，光照强烈，是内蒙古自治区光照最充足、太阳能资源最丰富的地区之一。夏季高温酷热，最高温度可达38—43℃，地表温度则更高，冬、春季大风强劲，是内蒙古地区风能资源最丰富的地区，一年中大风天数可达60天之多。

　　虽然气候极为干旱，却不是人们的想象的那样没有一滴水，巴丹吉林沙漠内有着许多的湖泊。据统计，在沙漠之中、沙丘之间，分布有面积在1.5平方公里以下的沙漠湖泊140多个，多以咸水湖为主，这些湖泊最深的可达水深6米以上，在沙漠的西部和北部，还有两个较大的湖盆，西部南北走向的古鲁乃湖约180公里长，10公里宽，北部的拐子湖东西走向，约100公里长，6公里宽，湖滨地带水分涵养较好。此外，在沙漠中还有多处泉水涌出，水质清澈，甘甜可口，可供人蓄饮用。

　　在广阔的沙漠之中，除了漫漫的黄沙，星星点点的湖水，还有美丽的绿色，为沙漠凭添了几分生命的痕迹。在沙丘的背风处，在沙丘的底部、湖岸边、泉水旁，生长着乔木、灌木、和草本植物，湖岸边的芦苇、芨芨草等植物可供造纸，梭梭、柠条、霸王、籽蒿、胡杨、骆驼刺是优良的防风固沙树种，也是沙漠中动物的食物。沙葱是美味的菜蔬，莎草、莎米的果实可做面粉的替代品，沙枣的果实含有大量淀粉，可供多种用途，沙棘、白刺的果实富含维生素，可提取果汁、酿酒等。在沙漠之中还有多种药用植物，锁阳寄生在白刺身上，是珍贵的中药材，而肉苁蓉更有着“沙漠人参”的美称。在这环境恶劣的沙漠之中，除了绿色的植物生命外，还活跃着许许多多的沙漠动物，它们已经习惯了那里的酷热、严寒与缺水，甚至身体的颜色也变得与沙漠相近，它们是沙漠中另一道流动的风景。

　　丰富的动物、植物资源与大量的硅、铝、铁、钙等矿物资源使巴丹吉林沙漠不是什么“不毛之地”、“死亡之海”，而是富庶的“聚宝盆”，有着巨大的开发价值。