Das Uigurische Autonome Gebiet Xinjiang liegt im äußersten Nordwesten Chinas, in Zentralasien also und nimmt mit seinen über 1,6 Millionen qkm ein Sechstel der Gesamtfläche Chinas ein. Es ist somit flächenmäßig größer als jede andere Provinz oder jedes der übrigen 4 Autonomen Gebiete Chinas.

Das Uigurische Autonome Gebiet Xinjiang ist von Gebirgen umgeben. Im Norden ragt das Altai-Gebirge wie ein Schutzwall empor; die Pamir-Hochebene befindet sich im Westen; und das Karakorum-, das Altun- und das Kunlun-Gebirge liegen im Süden. Das Tianshan-Gebirge, das quer durch das Autonome Gebiet verläuft, teilt Xinjiang in zwei Teile, die sich landschaftlich und geographisch stark voneinander unterscheiden: Südlich des Tianshan-Gebirges liegt das Tarim-Becken, mit der Taklamakan-Wüste, der größten Wüste Chinas, in seiner Mitte; nördlich des Tianshan-Gebirges liegen das Junggar-Becken mit dem Ölfeld Karamayi und das breite Tal des Flusses Ili; östlich des Tianshan-Gebirges befindet sich das Turpan-Becken, das bis zu 154 m tief unter dem Meeresspiegel liegt und das heißeste Klima in China aufweist. Die fruchtbaren Felder um das Tarim-Becken werden durch das Wasser des Tarim-Flusses, des längsten Binnenflusses der Welt ohne Abfluss ins Meer, und der Flüsse Yarkant, Yurungkax und Qarqan bewässert. Die Flüsse Ili, Ulungur und Manas bewässern die ausgedehnten Felder und Weiden im Norden Xinjiangs. Am Unterlauf vieler Binnenflüsse befinden sich Seen. Der Lopnur-See, der Bagrax-See und der Ebinur-See sind reich an Fischen und Schilf.