北疆的准噶尔盆地的中央为古尔班通古特沙漠，是中国第二大沙漠。这里虽然也属于干旱荒漠地带，但是由于盆地周围的山地封闭不很严密，特别是西部和西北部有许多山口，较为湿润的西风可以从这里长驱而入。因此，降水不像南疆塔里木盆地那样稀少，年降水量可达70～150毫米，冬季并有积雪，稳定积雪日数一般在100～160天，最大积雪深度多在20厘米以上，所以沙漠内部植物生长较好，沙丘上广泛分布着以白梭梭、梭梭、嵩属、蛇麻黄和多种一年生植物为主的小乔木沙质荒漠植被。植被覆盖度在固定沙丘上可达40～50％，地理半固定沙丘上也在15～25％之间，它是中国面积最大的固定、半固定沙漠，是优良的冬季牧场。
沙漠内部的沙丘形态主要是树枝状沙垄，一般高度为 10～50米不等。沙垄的排列明显地受着风向的影响，有着地区上的差异：沙漠西部多作西北—东南走向；广大沙漠的中部和北部，大致作南北走向；沙漠东部转为西北西—东南东走向。在沙漠的西南部还分布有固定和半固定的沙垄蜂窝状沙丘和蜂窝状沙丘。流动沙丘主要在沙漠东北部的阿克库姆和沙漠东南部霍景涅里辛沙带的最东端，多属新月形沙丘和沙丘链。
此外，在准噶尔盆地的乌苏精河，及西北部额尔齐斯河南北两侧的布尔津、哈巴河和吉木乃，还有小片沙漠。额尔齐斯河南北两侧的沙漠，多分布在山麓洪积倾斜台地和山前起伏的山麓斜坡上。由于地势较高，且受河谷地带冬季大风的强烈吹刮，积雪较少，致使早春借融雪来繁殖的一些植物不能生长，而要求水分条件较好的灌木也难以生存，因此形成大片裸露的流动沙丘，主要是新月形沙丘和沙丘链，一般高10～20米。个别高者可达50～100米。在天山山地的伊犁河谷中，也分布有流动的沙丘链和固定的灌丛沙堆。