巴丹吉林沙漠和塔克拉玛干沙漠
敦煌四周皆为沙漠戈壁包围，位处塔克拉玛干沙漠东端边缘。沙漠地带气候干燥，气温变化大，地面缺少经常性流水，植物稀少矮小，为风沙地貌。沙漠多集中在鸣沙山地带和党河两岸及其下游地带。
地面物质主要由沙粒构成，地表覆盖大片流沙，广布沙丘，在风力推动下沙丘移动，往往造成严重危害。全市有沙漠765万多亩，占总面积的16.36%，所以敦煌又有“沙漠绿洲”之称。
敦煌市南枕气势雄伟的祁连山，西接浩瀚无垠的罗布泊荒原，北靠嶙峋蛇曲的北塞山，东峙峰岩突兀的三危山。属典型的暖温带干旱性气候，气候干燥，降雨量少，蒸发量大，昼夜温差大，日照时间长。
四季分明，春季温暖多风，夏季酷暑炎热，秋季凉爽，冬季寒冷。全年日照时数为3246.7小时，年平均降水量42.2毫米，蒸发量2505毫米，年平均气温9.9℃，最高气温41.7℃，最低气温-30.5℃。年平均无霜期152天。