阿盟地处亚洲大陆腹地，为内陆高原，远离海洋，周围群山环抱，形成典型的大陆性气候。干旱少雨，风大沙多，冬寒夏热，四季气候特征明显，昼夜温差大。年均气温摄氏6～8.5℃，1月平均气温-9～14℃。极端最低气温-36.4℃；7月平均气温22～26.4℃，极端最高气温41.7℃。年平均无霜期130～165天。由于受东南季风影响，雨季多集中在七、八、九月。降雨量从东南部的200多毫米，向西北部递减至40毫米以下；而蒸发量则由东南部的2400毫米向西北部递增到4200毫米。年日照时数达2600～3500小时，年太阳总辐射量147～165千卡/千方厘米。多西北风，平均风速每秒2.9～5米，年均风日70天左右。　　

黄河流经阿拉善左旗的乌索图、巴彦木仁苏木，在境内流程达85公里，年入境流量300多亿立方米。额济纳河是盟内唯一的季节性内陆河流，发源于祁连山北麓，流至巴彦宝格德水闸分二支。西为木仁高勒（西河），注入嘎顺淖尔（亦称西居延海）；东为鄂木讷高勒（东河），下记分数支，注入苏泊淖尔（亦称东居廷海）、京斯田淖尔（又称古居廷海、天鹅湖）和沙日淖尔。额济纳河在盟境内流程200多公里，年流量10亿立方米。贺兰山、雅布赖山，龙首山等山区许多冲沟中一般有潜水，有些出露成泉。在三大沙漠中分布有大小不等的湖盆500多个，面积约1.1万平方公里，其中草地湖盆面积1.07万平方公里，集水湖面积400多平方公里。这里绿草如茵，湖水荡漾，被称为沙漠中的绿洲，是良好的牧场。　　

地形呈南高北低状平均海拔900～1 　400米　，地貌类型有沙漠戈壁、山地、低山丘陵、湖盆、起伏滩地等。土壤受地貌及生物气候条件影响，具有明显的地带性分布特征，由东南向西北依次分布有灰钙土、灰漠土、灰棕漠土。在湖盆和低洼地区有盐碱土和沼泽土。著名的巴丹吉林、腾格里、乌兰布和三大沙漠横贯全境，面积约7．8万平方公里，占全盟总面积的29%，居世界第四位，国内第二位。巴丹吉林沙漠以高陡著称，绝大部分为复合沙山。相对高度从外缘的5～20米，向内逐渐增高到200～400米，最高达500米。腾格里沙漠、乌兰布和沙漠多为新月形流动或半流动沙丘链，一般高10～200米。沙漠中分布有500多个咸、淡水湖泊或盐碱草湖，其中较大的有古日乃湖、拐子湖、沙日布日都、头道湖、查干高勒、敦德高勒、辉图高勒、巴彦霍勒、乌日图霍勒、图兰太湖、通古勒格淖尔、英格田、特莫图、通湖音高勒、树贵湖、浩木肯高勒、伊和吉格德等。北部戈壁分布较广，面积约9万多平方公里，占全盟总面积的33.7%。阴山余脉与大片沙漠、起伏滩地、剥蚀残丘相间分布，东南部和西南部有贺兰山、合黎山、龙首山、马鬃山连绵环绕，雅布赖山自东北向西南延伸，把盟境大体分为两大块。贺兰山呈南北走向，长　250公里　，宽10--　50公里　，平均海拔2 700米。主峰达郎浩绕和巴彦笋布日，海拔分别为　3556米　、　3207米　。贺兰山巍峨陡峻，犹如天然屏障，阻挡腾格里沙漠的东移，削弱来自西北的寒流，是外流域与内流域的分水岭。