塔里木河由发源于天山的阿克苏河、发源于喀喇昆仑山的叶尔羌河以及和田河汇流而成，流域面积19.8万平方公里，最后流入台特马湖。它是中国第一大内流河，全长2179公里，仅次于前苏联的伏尔加河，锡尔—纳伦河、阿姆—喷赤—瓦赫什河和乌拉尔河，为世界第5大内流河，中国最长的内流河。在新疆维吾尔自治区塔里木盆地北部。历史上塔里木河河道南北摆动，迁徙无定。最後一次在1921年，主流东流入孔雀河注入罗布泊。1952年在尉犁县附近筑坝，同孔雀河分离，河水复经铁干里克故道流向台特马湖。
塔里木河流域地处欧亚大陆腹地,远离海洋，四周高山环绕，属大陆性暖温带、极端干旱沙漠性气候。其特点是：降水稀少、蒸发强烈，温差大，多风沙、浮尘天气，日照时间长，光热资源丰富。气温年平均日较差14℃－16℃，年最大日较差一般在30℃以上。年平均气温在10.6℃－11.5℃之间。夏酷冬寒，夏季7月份平均气温为20℃－30℃，极端最高气温43.6℃。冬季1月平均气温为-10℃－-20℃，极端最低气温-30.9℃，≥10℃积温多在4000-4500℃之间，持续180－200天，日照时数在3000时左右，平均年太阳总辐射量为1740千瓦.公顷.a，无霜期187-233d。多年平均降水量为17.4－42.8毫米，蒸发量1125－1600毫米（以折算e-601型蒸发皿计算）。干旱指数自北向南、自西向东增大，在17－50之间。干流地区多风沙、浮尘天气，以下游地区最为严重，起沙风（≧5米/秒）年均出现次数202d，最大风速40米/秒，主导风向为北东到东北东。
塔里木河（tarim river）的水网形势大致是在17～18世纪形成的，在1775年测制的《大清一统舆图》上，把和田河、叶尔羌河、喀什噶尔河及阿克苏河四河汇合处汇在今阿克苏南的阿拉尔地区，汇合处中间为一小岛，这与《河源纪略》“会处四水交贯，形若牛栏”相吻合。四水汇阿拉尔后，和田河仍有一部分水入阿合达利亚，大约在百年之前阿合达利亚河才断流。
至清朝后期，塔里木河在上、中游仍有五条源流（除现阿克苏河、叶尔羌河、和田河外，还有喀什噶尔河和渭干河）。后因绿洲扩大，源流引水干渠增至563条，支渠1887条，灌溉农田面积60.1万公顷（据《新疆图表》统计），人工渠道增多，引水量增加，使喀什噶尔河在清末、渭干河在解放初就失去和塔里木河联系。
孔雀河在清朝直至本世纪初期，仍从铁门堡流向阿拉干，是塔里木河下游主要补给水源。1949年以后，上游三源流灌溉面积由35.1万公顷扩大到1995年的77.7万公顷，为灌溉这些土地，修建大型干渠5985公里，包括支、斗、农渠总计渠系长度达到58732公里；同时还修建各种渠道建筑物84413座，年引水量达148亿立方米，占三源流多年平均总径流量的75.5%。这就使得叶尔羌河从80年代以后再无水补给塔里木河，和田河季节断流时间更长，阿克苏河只有在洪水期有水下泄，枯水期全部通过塔里木河拦河闸引入阿拉尔灌区。塔里木河干流枯水期全部是回归水和农田排水，洪水期只能流到恰拉和大西海子水库，大西海子水库以下从80年代以后基本断流，只遗留320公里的干河道。
