中國第4大沙漠。位於阿拉善地區東南部，介於北緯37°30′～40°，東經102°20′～106°。面積約4.27萬平方公裡。行政區劃主要屬阿拉善左旗，西部和東南邊緣分別屬於甘肅民勤、武威和守夏的中衛縣。沙漠包括北部的南吉嶺和南部的騰格裏兩部分，習慣統稱騰格裏沙漠。
沙漠內部沙丘、湖盆、山地、平地交錯分佈。其中沙丘占71％，湖盆占7％，山地殘丘及平地占22％。在沙丘中，流動沙丘占93％，餘為固定、半固定沙丘。高度一般為100～20米，主要為格狀沙丘及格狀沙丘鏈，新月形沙丘分佈在邊緣地區。高大復合型沙丘鏈則見於沙漠東北部，高度約50～100米。固定、半固定沙丘主要分佈在沙漠的外圍與湖盆的邊緣，其上植物多為沙蒿和白刺。在流動沙丘上有沙蒿、沙竹、蘆葦、沙拐棗、花棒、檉柳、霸王等，生長較巴丹吉林沙漠為好。在沙漠西北和西南的麻崗地區還有大片麻黃，在梧桐樹湖一帶沙丘間有天然胡楊次生林，頭道湖、通湖等地，有1949年後營造的人工林。
騰格裡沙漠引黃灌溉的綠洲
沙漠內大小湖盆多達422個。多為無明水的草湖，面積在1～100平方公裡間。呈帶狀分佈，水源主要來自周圍山地潛水。湖盆內植被類型以沼澤、草甸及鹽生等為主，是沙漠內部的主要牧場。
山地大部為流沙掩沒或被沙丘分割的零散孤山殘丘，如阿拉古山、青山、頭道山、二道山、三道山、四道山、圖蘭泰山等。沙漠內部的平地主要分佈在東南部的查拉湖與通湖之間。
沙漠中的湖盆邊緣已有小面積開墾。人口密度較巴丹吉林沙漠大。沙漠腹部有查汗佈魯格、圖蘭泰、伊克爾等鄉，居民點分佈在較大的湖盆外圍。沙漠邊緣有通湖、頭道湖、溫都爾圖和孟根等居民點，此外還有一些固沙林場。沙坡頭附近為國傢自然保護區，面積達1.27萬公頃。沙漠中有“鳴泉”，可預報地震。
沙漠內部無固定道路，因沙丘較小而居民點較多，東西通道常直穿沙漠而過。包蘭鐵路穿過沙漠東南緣。沙漠內部的查汗池、紅鹽池和屯池等盛產食鹽。居民以蒙古族為主，經營畜牧業，定居放牧。