塔克拉瑪幹沙漠是中國最大的沙漠，面積超過33萬平方公裡，是世界第二大流動沙漠，僅次於阿拉伯半島上的魯卜哈利沙漠。
塔克拉瑪幹沙漠形成年代一直存在爭議，中外學者根據自己的研究，幾十萬年至上千萬年的推測都有。2015年南京師範大學教授鄭洪波等人的研究表明，塔克拉瑪幹沙漠在晚漸新世至早中新世（約2500萬年前）就已出現，遠早於此前各學者推測的時間。研究人員在阿爾塔什和柯克亞剖面的礫巖中發現的火山灰，利用放射性同位素測出了火山灰的絕對年代，將塔克拉瑪幹沙漠的形成年代再次推前。
鄭洪波等人認為，塔克拉瑪幹沙漠所處的塔裡木盆地曾是一片被稱作「副特提斯」的淺海。後來地殼運動使海洋退去，加之後來青藏高原、帕米爾高原以及天山的隆升，將塔裡木地區三面包圍形成盆地，海洋水汽難以抵達，致使塔裡木盆地極度乾旱。外力侵蝕為沙漠的形成提供了充足的物質來源。乾旱氣候與物質來源大約在2500萬年前達到臨界，共同促成了塔克拉瑪幹沙漠的形成。
塔克拉瑪幹沙漠的形成原因各種研究結果都很接近，只是推測出來的形成時間不同。
關於塔克拉瑪幹沙漠的成因，1981年中國科學院蘭州沙漠研究所發表的論文《塔克拉瑪幹沙漠成因的探討》描述得更加清楚。
沙漠是乾旱氣候的產物。在第三紀時塔裡木地區已是乾燥氣候。第三紀中期發生了強烈的地殼運動，古地中海消失，歐亞大陸連成一片。上新世末更新世初，再次發生強烈的地殼運動，青藏高原開始大幅度隆起升，到上新世晚期高原海拔已在3000米左右，對東亞季風環流起到明顯的維持和強化作用，引起各地氣候帶的重新分異。
深居內陸、被高原山脈包圍的塔裡木盆地，夏季受不到海洋暖溼氣流的影響，冬季受冷高壓控制，又處於高原上空上升氣流的補償下沉區，乾燥程度進一步加劇。
但僅僅靠乾旱氣候還不足以形成沙漠，還需要有充足的物質基礎，也就是沙源。
第三紀末第四紀初，崑崙山和天山受構造運動影響強烈隆升，塔裡木盆地的形態已經和現代非常接近。第四紀初冰期來臨，溫度驟降，山地降水/雪增多，發育了大規模的山地冰川。冰雪融水匯集成眾多水量較大的河流，把大量山地風化破壞的碎屑搬運到盆地裡堆積，形成了巨厚的沉積物，這些就是形成塔克拉瑪幹沙漠的主要沙源。
所以，塔克拉瑪幹沙漠的形成是海洋、陸地、大氣、河流等因素共同作用的結果。
高山冰雪融水形成的河流搬運而來的沉積物為沙漠形成提供物質基礎，但也能滋養出大面積的綠洲，為人類提供生存的條件，進而發展出農業區和定居點，為了連接這些定居點，我國修建了幾條貫穿沙漠的公路，稱為塔裡木沙漠公路。為防止沙漠公路被流沙給吞噬，人們在公路兩邊修建了防護林，稱之為塔裡木沙漠公路防護林生態工程，是建在沙漠裡的綠色長城。防護林沿途都設有滴灌管道，每隔4公裡就要打一眼水源井，抽取地下水利用滴灌方式為植物供水。我國耗費了巨額人力物力財力和數十年的努力，為塔克拉瑪幹沙漠戴上了一條綠色腰帶，避免我國最大的沙漠成為「死亡之海」。