巴丹吉林沙漠主要位于中华人民共和国内蒙古西部的额济纳旗、阿拉善右旗，是中国第二大沙漠。面积约4.92万平方公里。“巴丹吉林”系蒙古语，以一居民点得名。
巴丹吉林沙漠是阿拉善沙漠的主体，位于内蒙古自治区西部的银额盆地底部，是中国四大沙漠之一，总面积4.9万平方公里。 其中的必鲁图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，但是沙漠中的湖泊却多达144个。其余景观包括沙丘、湖泊、湿地等。
地貌
地质上属阿拉善地块，地貌形态缓和，主要为剥蚀低山残丘与山间凹地相间组成，第四纪沉积物普遍覆盖于地表，形成广布的戈壁、沙漠。
沙漠范围内，除东、南、北部有小面积的准平原化基岩、残丘外，大部为沙丘覆盖，流动沙丘占83％。西部边缘的古鲁乃湖、北部的拐子湖、东部的库乃头庙附近有以梭棱为主的沙丘，约3千平方公里，沙丘高大密集，高大沙山占61％，高度在200～300米，最高500米，有叠置沙丘的复合型沙山、金字塔型沙山、无明显叠置沙丘的巨大沙山，单纯的沙丘链面积较小。在沙漠东南部，沙山间分布着约144个内陆小湖（海子），面积为1～1.5平方公里。多为咸水，不能饮用。
关于巴丹吉林沙漠的沙山形成的原因国内外研究者看法不一。有人认为，巴丹吉林沙漠的东南部被雅布赖山遮挡，产生与雅布赖山走向垂直的重力波的扰动，这一地区又常年吹西南风，刮起的沙粒在山前堆积，重力波中的上升气流将沙子带到更高处，久而久之聚集成高大的沙山；也有人说，巴丹吉林沙漠一带原本是丘陵地貌，沙化后，沙粒直接覆盖在丘陵上而形成高大沙山。
关于沙山成型的最新说法是地下水维持了沙山。河海大学、中国科学院地质与地球物理所、澳大利亚昆士兰大学等机构的研究人员曾联合署名，在英国《自然》杂志发表了《地下水维持高大沙山》的论文。文章指出，巴丹吉林沙漠的沙山数千年屹立不移的秘密在于：表层沙子下20～30厘米处为湿沙层，沙子孔隙里含有大量水分，受下伏深大断裂带地下水上涌、水汽蒸发引起沙丘表面湿度增大、固定性增强，进而形成高大沙山。
另有说法是由于气候的干湿波动导致，当气候进入湿润周期，大量的降水使得沙丘中的碳酸钙形成钙结层，将沙子胶结、固定住。当气候进入干旱周期时，流动的沙子不断在钙结层上加积。如此反复进行，沙丘就越来越高大了。
湖泊周围植物生长茂密，多为湿生、盐生等，常以湖为中心与周围沙丘呈同心圆状分布，接近沙丘的地段出现以沙生植物为主的固定、半固定沙堆。
气候
巴丹吉林沙漠属温带大陆性气候，气候极为干旱，降水稀少，且多集中在6～8月份，年降水量50～60毫米，年均温7～8℃，绝对最高温37～41℃，绝对最低温－37～-30℃，沙面温度达70～80℃，年蒸发量大于3500mm，蒸发量是降水量的40～80倍。夏季高温酷热，最高温度可达38～43℃，光照强烈，是内蒙古自治区光照最充足、太阳能资源最丰富的地区之一。年均风速4米／秒，八级大风日约30天，主要为西北风。沙丘上植物较少，仅于沙丘下部、丘间低地生长有稀疏灌木、半灌木。除梭梭林外，还生长有沙拐枣、沙竹、霸王、木蓼、沙蒿、柽柳、沙葱等，覆盖率在5%左右，在沙山与湖泊间常出现有白刺沙堆。
自然景观
奇峰、鸣沙、湖泊、神泉、寺庙堪称巴丹吉林沙漠“五绝”。在巴丹吉林沙漠内，沙山沙丘、风蚀洼地、剥蚀山丘、湖泊盆地交错分布，并以流动沙丘为主，约占沙漠总面积的83%，流沙面积仅次于新疆的塔克拉玛干沙漠。巴丹吉林沙漠海拔高度在1200～1700米之间,中部有密集的高大沙山，一般高200～300米，沙山相对高度可达500多米,以复合型沙山为主，为北 30°～40°东方向排列，系西北风的强大影响所致。高大沙山的周围为沙丘链，一般高20～50米。其中必鲁图峰海拔1617米，垂直高度约435米，堪称”沙漠珠穆朗玛峰”。沙漠中的湖泊星罗棋布，有113个之多，其中，常年有水的湖泊达74个，淡水湖12个，总水面4.9万亩。沙漠东部和西南边沿，生动记录狩猎和畜牧生活的曼德拉山岩画，被称为“世界美术的活化石”。
巴丹吉林沙漠被认为是中国频发的沙尘暴的沙源，这里总体的生态现状还在进一步恶化。