“库布齐”为蒙古语，意思是弓上的弦。位于鄂尔多斯高原脊线的北部，内蒙古自治区伊克昭盟杭锦旗、达拉特旗和准格尔旗的部分地区。西、北、东三面均以黄河为界，地势南部高，北部低。南部为构造台地，中部为风成沙丘，北部为河漫滩地，总面积约145万公顷，流动沙丘约占61%，形态以沙丘链和格状沙丘为主。气候类型属于温带干旱、半干旱区，气温高，温差大，气候干燥，年大风天数为25—35天。东部属于半干旱区，雨量相对较多；西部属于干旱区，热量丰富；中东部有发源于高原脊线北侧的季节性川沟十余条，沿岸土壤肥力较高；西部地表水少，水源缺乏，仅有内流河沙日摩林河向西北消失于沙漠之中。沙漠西部和北部因其地靠黄河，地下水位较高，水质较好，可供草木生长。

库布齐沙漠的植物种类多样，植被差异较大。东部为草原植被，西部为荒漠草原植被，西北部为草原化荒漠植被。主要植物种类为东部的多年禾本植物，西部的半灌木植物，北部河漫滩地碱生植物，以及在沙丘上生长的沙生植物。在北部的黄河成阶地地区，多系泥沙淤积土壤，土质肥沃，水利条件较好，是黄河灌溉区的一部分，粮食产量较高，向来有“米粮川”之称。