Asya'nın göbeğinde yer alan Xinjiang'da kuzeyden güneye doğru sırasıyla Altay Dağları, Tianshan Dağları ve Kunlun Dağları, bu sıradağlar arasında da Çungarya Havzası ve Tarım Havzası bulunuyor. Genellikle Tianshan Dağları'nın güneyindeki bölge “Güney Xinjiang”, kuzeyindeki bölge “Kuzey Xinjiang”, Hami ve Turfan Havzası ise “Doğu Xinjiang” olarak adlandırılıyor. Xinjiang'daki şehirler ve kırsal yerleşim bölgelerinin hepsi, iki büyük havzanın kenarlarına inci gibi eklenen vahalarda yer alıyor.
Çin'in en büyük kıta içi nehri olan Tarım Nehri, en büyük kıta içi tatlı su gölü olan Bostan Gölü ve rakımı en düşük bölgesi olan Turfan Havzası, Xinjiang'da bulunuyor. Kurak iklimin hakim olduğu Xinjiang'da sıcak ve soğuk mevsimler arasındaki ısı farkı son derece büyüktür. Çin'de kayda geçen en düşük hava sıcaklığı Altay bölgesinde, en yüksek hava sıcaklığı ise Turfan bölgesinde görüldü.
Xinjiang, Çin'deki toplam çöl alanının üçte ikisini barındırıyor. Yüzölçümü 330 bin kilometrekare olan Taklamakan Çölü, Çin'in en büyük çölü olmakla birlikte dünyanın da ikinci büyük çölüdür. Çungarya Havzası'nda yer alan Kurbantongut Çölü de 48 bin kilometrekarelik alanı ile Çin'in ikinci büyük çölüdür. Xinjiang'daki çöllerde zengin petrol, doğal gaz ve maden kaynakları bulunuyor.
Xinjiang'da birbirlerini izleyen karlı tepeler ve buzlu dağlar, kendine özgü özellikler taşıyan ve doğal “katı su deposu” olarak adlandırılan büyük buzulları oluşturdu. Xinjiang'ın kişi başına düşen su miktarı Çin'in ilk sıralarında yer alıyor.