巴丹吉林沙漠主要位於中華人民共和國內蒙古西部的額濟納旗、阿拉善右旗，是中國第二大沙漠。面積約4.92萬平方公里。「巴丹吉林」系蒙古語，以一居民點得名。
巴丹吉林沙漠是阿拉善沙漠的主體，位於內蒙古自治區西部的銀額盆地底部，是中國四大沙漠之一，總面積4.9萬平方公里。 其中的必魯圖峰是世界上最高的沙丘。
巴丹吉林沙漠年降水量不足40毫米，但是沙漠中的湖泊卻多達144個。其餘景觀包括沙丘、湖泊、濕地等。
地貌
地質上屬阿拉善地塊，地貌形態緩和，主要為剝蝕低山殘丘與山間凹地相間組成，第四紀沉積物普遍覆蓋於地表，形成廣布的戈壁、沙漠。
沙漠範圍內，除東、南、北部有小面積的準平原化基岩、殘丘外，大部為沙丘覆蓋，流動沙丘佔83％。西部邊緣的古魯乃湖、北部的拐子湖、東部的庫乃頭廟附近有以梭棱為主的沙丘，約3千平方公里，沙丘高大密集，高大沙山佔61％，高度在200～300米，最高500米，有疊置沙丘的複合型沙山、金字塔型沙山、無明顯疊置沙丘的巨大沙山，單純的沙丘鏈面積較小。在沙漠東南部，沙山間分佈着約144個內陸小湖（海子），面積為1～1.5平方公里。多為鹹水，不能飲用。
關於巴丹吉林沙漠的沙山形成的原因國內外研究者看法不一。有人認為，巴丹吉林沙漠的東南部被雅布賴山遮擋，產生與雅布賴山走向垂直的重力波的擾動，這一地區又常年吹西南風，颳起的沙粒在山前堆積，重力波中的上升氣流將沙子帶到更高處，久而久之聚集成高大的沙山；也有人說，巴丹吉林沙漠一帶原本是丘陵地貌，沙化後，沙粒直接覆蓋在丘陵上而形成高大沙山。
關於沙山成型的最新說法是地下水維持了沙山。河海大學、中國科學院地質與地球物理所、澳大利亞昆士蘭大學等機構的研究人員曾聯合署名，在英國《自然》雜誌發表了《地下水維持高大沙山》的論文。文章指出，巴丹吉林沙漠的沙山數千年屹立不移的秘密在於：表層沙子下20～30厘米處為濕沙層，沙子孔隙裏含有大量水分，受下伏深大斷裂帶地下水上湧、水汽蒸發引起沙丘表面濕度增大、固定性增強，進而形成高大沙山。
另有說法是由於氣候的乾濕波動導致，當氣候進入濕潤周期，大量的降水使得沙丘中的碳酸鈣形成鈣結層，將沙子膠結、固定住。當氣候進入乾旱周期時，流動的沙子不斷在鈣結層上加積。如此反覆進行，沙丘就越來越高大了。
湖泊周圍植物生長茂密，多為濕生、鹽生等，常以湖為中心與周圍沙丘呈同心圓狀分佈，接近沙丘的地段出現以沙生植物為主的固定、半固定沙堆。
氣候
巴丹吉林沙漠屬溫帶大陸性氣候，氣候極為乾旱，降水稀少，且多集中在6～8月份，年降水量50～60毫米，年均溫7～8℃，絕對最高溫37～41℃，絕對最低溫－37～-30℃，沙面溫度達70～80℃，年蒸發量大於3500mm，蒸發量是降水量的40～80倍。夏季高溫酷熱，最高溫度可達38～43℃，光照強烈，是內蒙古自治區光照最充足、太陽能資源最豐富的地區之一。年均風速4米／秒，八級大風日約30天，主要為西北風。沙丘上植物較少，僅於沙丘下部、丘間低地生長有稀疏灌木、半灌木。除梭梭林外，還生長有沙拐棗、沙竹、霸王、木蓼、沙蒿、檉柳、沙蔥等，覆蓋率在5%左右，在沙山與湖泊間常出現有白刺沙堆。
自然景觀
奇峰、鳴沙、湖泊、神泉、寺廟堪稱巴丹吉林沙漠「五絕」。在巴丹吉林沙漠內，沙山沙丘、風蝕窪地、剝蝕山丘、湖泊盆地交錯分佈，並以流動沙丘為主，約佔沙漠總面積的83%，流沙面積僅次於新疆的塔克拉瑪干沙漠。巴丹吉林沙漠海拔高度在1200～1700米之間,中部有密集的高大沙山，一般高200～300米，沙山相對高度可達500多米,以複合型沙山為主，為北 30°～40°東方向排列，系西北風的強大影響所致。高大沙山的周圍為沙丘鏈，一般高20～50米。其中必魯圖峰海拔1617米，垂直高度約435米，堪稱」沙漠珠穆朗瑪峰」。沙漠中的湖泊星羅棋佈，有113個之多，其中，常年有水的湖泊達74個，淡水湖12個，總水面4.9萬畝。沙漠東部和西南邊沿，生動記錄狩獵和畜牧生活的曼德拉山岩畫，被稱為「世界美術的活化石」。
巴丹吉林沙漠被認為是中國頻發的沙塵暴的沙源，這裏總體的生態現狀還在進一步惡化。