塔克拉玛干沙漠植被非常稀少，植被覆盖率很低。在沙丘间的凹地中，地下水离地表一般不超过3～5米，能够看到稀疏的柽柳、硝石灌丛和芦苇。但厚厚的流沙层会阻碍植被的扩散。植被在沙漠边缘——沙丘与河谷及三角洲相会的地区，地下水相对接近地表的地区——较为丰富。在那里我们还可以看到一些河谷特有的品种如胡杨、胡颓子、骆驼刺、蒺藜、猪毛菜等。
塔克拉玛干沙漠的动物种类也很稀少。在沙漠边缘有水草的河谷及三角洲地区，动物种类较为多样。在开阔地带可见成群的羚羊，在河谷灌木丛中有野猪、猞猁、塔里木兔、野马、天鹅、啄木鸟。还可以看到一些凶猛的食肉动物如狼、狐狸、沙蟒。在塔克拉玛干沙漠中还有一些稀有动物种类，如栖息在塔里木河谷的西伯利亚鹿与野骆驼。
塔克拉玛干沙漠中现已发现的动物约有272种，高等植物73种，还有大量低等植物和微生物。
塔克拉玛干大沙漠中顽强生长的植被