中国第3 大沙漠。位于北纬39°30＇～42°，东经98°30＇～104°，面积约4.43 万平方公里。主要属内蒙古额济纳旗和阿拉善右旗，东部小范围属阿拉善左旗。巴丹吉林系蒙古语，沙漠以一居民点而得名。
地质构造上属阿拉善地块，地貌形态缓和，主要为剥蚀低山残丘与山间凹地相间组成，第四纪沉积物普遍覆盖于地表，形成广泛分布的戈壁和沙漠。在沙漠范围内，除东、南、北部有小面积的准平原化基岩和残丘外，广大地区全为沙丘覆盖，其中流动沙丘占83％。西部边缘的古鲁乃湖、北部的拐子湖、东部的库乃头庙附近有以梭梭为主的固定、半固定沙丘，面积约3000平方公里，沙丘高大密集，其中高大沙山占沙漠总面积的61％，高度多在200～300 米，最高可达500 米，有叠置沙丘的复合型沙山、金字塔型沙山及无明显叠置沙丘的巨大沙山等3 种形式，单纯的沙丘链所占面积较小。仅在沙漠的东南部，沙山之间分布有许多内陆小湖（俗称海子），约有144 个，面积一般为1～1.5 平方公里，最大深度可达6.2 米。多为咸水，不能饮用。
湖周植物生长茂密，多为湿生、盐生等类型，常以湖水为中心与周围沙丘呈同心圆状分布，接近沙丘的地段出现以沙生植物为主的固定、半固定沙堆。海子周围常为牧场及聚落所在。
沙漠地区属大陆性气候，年降水量50～60 毫米，年均温7～8℃，绝对最高温37～41℃，绝对最低温－37～-30℃，沙面温度达70～80℃。年均风速4 米/秒，八级大风日为30 天左右，主要为西北风。沙丘上植物较少。仅于沙丘下部或丘间低地生长有稀疏灌木、半灌木，除梭梭林外，主要生长有沙拐枣、沙竹、霸王、木蓼、沙蒿、柽柳、沙葱等，盖度多在5％左右，在沙山与湖泊间常出现有白刺沙堆。
巴丹吉林沙漠平均每10 平方公里不到1 人。在整个沙漠内部，仅有巴丹吉林庙和库乃头庙两大居民点。基本无种植业。全部经营牧业，骆驼为该地主要家畜，数量居全国各旗县之冠；次为山绵羊。沙漠内部无固定道路，横穿腹部异常困难，中部及东北部基本为无水区。东南部的雅布赖盐湖盛产食盐，西部的古鲁乃湖及巴丹吉林庙附近的一些湖泊内有碳酸钠的沉积。