塔里木河发源于天山山脉及喀喇昆仑山,沿塔克拉玛干沙漠北缘,穿过阿克苏、沙雅、库车、轮台、库尔勒、尉犁等县(市)的南部,沿最后流入台特马湖。
塔河主干最早曾注入罗布泊、后由于河流水量减少、河道摆动而改道、1972年以前尾水可达若羌县城北的台特马湖、后终点进一步退缩到铁干里克的大西海子水库。21世纪初开始全流域治理后,开始有水流复达台特马湖。塔里木河,是南疆地区的母亲河,天山以南的绿洲基本都是靠塔里木河水灌溉。
塔里木河流域面积102万平方千米。全长2179千米(还有2327、1321之说,若以最长支流和田河为源,全长2376千米),是中国最长的内陆河、为世界第五大内陆河。