鄂尔多斯市自然地理环境的显著特点是，起伏不平，西北高东南低，地形复杂，东北西三面被黄河环绕，南与黄土高原相连。地貌类型多样，既有芳草如茵的美丽草原，又有开阔坦荡的波状高原；鄂尔多斯市境内五大类型地貌，平原约占总土地面积的4.33%，丘陵山区约占总土地面积的18.91%，波状高原约占总土地面积的28.81%，毛乌素沙地约占总土地面积的28.78%，库布齐沙漠约占总土地面积的19.17%。　　

库布其、毛乌素两大沙漠，位于鄂尔多斯市中部，库布齐沙漠北临黄河平原，呈东西条带状分布。毛乌素沙漠地处鄂尔多斯市腹地，分布于鄂托克旗、鄂托克前旗、伊金霍洛旗部分和乌审旗。两大沙区总面积约3.5万平方公里，占鄂尔多斯市总面积的40%左右，其中库布齐沙漠面积为1万多平方公里、毛乌素沙漠2.5万平方公里。这一地区大多为固定半固定沙丘，流动性的新月型沙丘及沙丘链极少。　　

鄂尔多斯属北温带半干旱大陆性气候区，冬夏寒暑变化大。多年平均气温　6.2℃　，日最高气温　38℃　，日最低气温-31.4℃。多年平均降水　348.3毫米　，降水多集中于7、8、9三个月，占全年降水量的70%左右。多年平均蒸发量2 　506.3毫米　，为降水量的7.2倍，以5-7月份为最大。全年多盛行西风及北偏西风，年平均风速　3.6米　/秒，最大风速可达　22米　/秒，最大风速的风压0.6千牛/平方米。