新疆有两个著名的内陆盆地，一个是天山以南的塔里木盆地，一个是天山以北的准噶尔盆地。塔里木盆地大致呈菱形，四周高山环绕，只在东端有一个不太宽的缺口与甘肃河西走廓连接。盆地东西长1 500公里，南北宽600公里，底部面积53万平方公里，是世界上最大的内陆盆地。准噶尔盆地像一个等边三角形，西北、东南和南边被高山环绕，西边的阿拉山口及额尔齐斯河谷地，自古是交通要道，也是湿润气流进入北疆的通道。盆地面积38万平方公里，是我国第二大盆地。这两大盆地就好像一对“孪生兄弟”一样，分布在天山南北。
为什么说这两个盆地是一对“孪生兄弟”呢？首先，这两大盆地是一起诞生的。据地质学家研究，塔里木盆地和准噶尔盆地都是比较古老的陆地。早在5亿年前的古生代初期，新疆广大地区还是一片汪洋，只有塔里木和准噶尔这两块陆地挺立在海洋之中，到了距今两三亿年的时候，地球上发生了比较强烈的地壳运动，周围的海洋隆起成为天山和阿尔泰山等高山，塔里木和准噶尔这两片陆地就变成了群山还抱之中的盆地。
第二，塔里木盆地和准噶尔盆地具有独特的气候条件。两大盆地都远离海洋，又有重重高山阻隔，地形闭塞；尤其是塔里木盆地，海洋上的湿润气流很难到达这里，所以气候干旱，降雨稀少，盆地中心的年降水量不足10毫米。准噶尔盆地西北面的山地有许多山口，大西洋上的湿润气流能沿这些山口进入盆地一部分，所以那里的降水比南疆多，但是每年也不足500毫米。
第三，塔里木盆地和准噶尔盆地都具有比较明显的环状地理带。盆地的边缘是高山，山上冰雪融水和山洪带下来的大量砾石堆积在山麓地带，形成了环形山麓砾石（戈壁）带。从山麓戈壁滩向里，进到盆地内地势较低的地方，砾石粗沙渐少，细沙和泥土增多。从戈壁滩底层穿过来的河流滋润着土地，形成了水草丰茂、土壤肥沃的冲积平原。这里灌溉便利，农业发达，人们称它为“绿洲”。盆地周围大大小小的绿洲断续相连，形成一条环状的绿洲带。塔里木盆地南、西、北三面山势高峻，山上积雪很厚，水源丰富，所以绿洲比较多。准噶尔盆地只有南面天山较高，所以除盆地南侧以外，绿洲不像塔里木盆地那样多。从绿洲带再向盆地中部，便进入茫茫沙海，这就是沙漠。塔里木盆地中部是塔克拉玛干沙漠，面积33万平方公里，是我国最大的沙漠。准噶尔盆地中部是古尔班通古特沙漠，面积5万平方公里。由高山冰雪融水汇集成的内陆河，到了沙漠地区就再也流不出去了，往往积存在低洼处成为内陆湖泊。在塔里木盆地的东部，孔雀河的下游，就形成了一个很大的内陆湖——罗布泊。在这些湖泊的周围，水草较多，成为沙漠中重要的农牧区。