塔克拉玛干沙漠的气候温暖适度，是明显大陆性的，年最高气温为39℃。年降水量极低，从西部的38毫米到东部的10毫米不等。

夏季气温高，在沙漠的东缘可高达38℃。东部地区7月份平均气温为25℃。冬季寒冷，1月份平均气温为-10—-9℃，冬季所达到的最低温度一般在-20℃以下。