巴丹吉林沙漠在地質構造上屬于阿拉善地塊，地貌平緩，主要由剝蝕低山殘丘和山間凹地組成，第四紀沉積物籠罩在地表之上，形成了大面積的戈壁和沙漠。在沙漠的覆蓋範圍内，僅在東、南、北部存在着準平原化基岩和殘丘，其餘地區全部被沙丘所覆蓋，其中83%為流動沙丘。西部邊緣地帶的古魯乃湖、北部的拐子湖以及東部的庫乃頭廟附近有面積約達3000平方公裡的固定、半固定沙丘。
在巴丹吉林沙漠衆多沙山裡，最高沙峰為必魯圖峰，“必魯圖”在蒙古語中的意思是“有磨刀石的地方”，據傳其東面的沙地上盛産最好的磨刀石。必魯圖峰海拔高度為1611.09米，相對高度為500餘米，有“世界沙漠珠峰”之稱。登頂遠眺，茫茫沙海一目了然，氣勢恢宏。
寶日陶勒蓋鳴沙王國位于巴丹吉林沙漠的邊緣地帶，高達200多米，是著名的鳴沙區域。其沙巒崎岖，呈高低錯落、波巒起伏狀分布。在該鳴沙區最讓人歎為觀止的自然景觀是從沙脊處用雙手撥動沙坡向下滑，可發出飛機轟鳴般的“隆隆”聲，如雷貫耳，數公裡以外也能聽得十分清楚，僅用手指劃寫沙土便能發出“滋滋”的聲響，這一現象在中外自然景觀中也極為罕見。
巴丹吉林沙漠湖泊衆多，航拍圖片顯示巴丹吉林沙漠有内陸湖泊144個，已命名113個，其中12個為淡水湖，因此得名“沙漠千湖”。這些湖泊與湖邊的花草綠樹交相輝映，姿态萬千，景色各異，被譽為“漠中江南”。諾爾圖海子是其中最大的湖泊，面積達2205畝，水深28米。關于沙漠湖泊的形成原因衆說紛纭：有研究學者認為由于沙丘在晚間降溫快，達到适合水汽凝結成水的溫度時，水便凝結在沙丘上進入沙裡，形成湖泊；也有學者認為湖水是氣候濕潤時期遺留下的；還有學者表示湖水是由雅布賴山、祁連山或是阿爾金山的大斷裂帶來的。有新說法指出，來源于東南方、從地殼深處溢出且溫度較高并穩定的熱泉水，即深循環水，在流淌經過灰岩、石灰岩地帶後，帶來碳酸鈣。水湧出地表，伴随着溫度、壓力的變化和二氧化碳氣體的流失，碳酸鈣重新沉澱形成鈣華，而在巴丹吉林沙漠有積水的湖泊中被發現有大量鈣華。綠意盎然的湖泊為巴丹吉林沙漠增添了生機
探險車隊穿梭在巴丹吉林沙漠
遊客在體驗“鳴沙”旅遊項目位于巴丹吉林沙漠南端的巴丹湖，堪稱是巴丹吉林沙漠全景的濃縮版。這裡景觀包羅萬象，有直插雲霄的沙山、震耳欲聾的鳴沙、綠意盎然的濕地、多彩多姿的湖泊以及溫和可親的駱駝。因為巴丹湖景色秀美，猶如一顆寶石鑲嵌在巴丹吉林沙漠的南端，故而又被稱為“寶石湖”。
“巴潤伊克日”，蒙古語意為“南雙海子”，對立于北雙海子而得名。它既是巴丹吉林沙漠水草最繁茂的綠洲，也是水域遼闊的一大湖泊。其内部有兩大呈東西走向的鹹水湖。一季節性淡水湖位于兩湖之間，在春夏兩季蒸發量較大。湖面上分布着衆多水窪，如珍珠般散布在草甸間。在秋冬兩季，噴湧而出的泉水淹沒覆蓋了整片草甸，呈現出一片神秘又不失生氣的淡水湖，令人心曠神怡。巴潤伊克日湖區分有東、西兩海子。在東海子處僅有一眼泉，經科考隊探測，此泉水質極佳。距離該泉十幾米處是險峻的沙壁，很少有水草分布，然而卻有一簇繁茂的紅柳生長于此，其形象剛勁有力。西海子北岸是高大挺拔的沙山，泉水日夜從細長的湖岸上噴湧入湖。衆多小淡水湖分布在東西兩邊，滋養着湖區的牧場。天鵝、野鴨、狐狸、牛、羊、駱駝、馬等各類飛禽走獸在這裡休養生息，怡然自得。
“紮拉特”在蒙古語中意為“像刺猬一樣”，因從紮來圖海子四周沙山往下看，湖中蘆葦叢狀似趴着的刺猬，故而按蒙古語寓意命名為“紮拉特”。此處是巴丹吉林沙漠腹地各類候鳥的主要栖居處，堪稱是“大漠中的鳥島”。
策力格日海子，從高處俯瞰猶如一面碩大的鏡子，湖面深邃甯靜，光彩奪目。該海子有蒙古包大小的自然沙子結成的顆粒堆，這些沙顆粒能夠有效治療腸胃疾病。
蘇敏吉林湖劃分為南北兩處，北邊是蘇敏吉林，南邊是巴潤吉林。蘇敏吉林湖面積878畝，狀似一名側卧的少女。該湖盛産鹵蟲，曾經最多年産5噸鹵蟲卵，是巴丹吉林沙漠出産鹵蟲最多的海子之一。“呼都格吉林”，在蒙古語中意為“井一樣深的湖泊”，因其湖岸陡峭無緩坡而得名。這裡也是巴丹吉林沙漠的鹵蟲卵出産地。
音德日圖湖水域遼闊，是巴丹吉林沙漠中面積較大的湖泊之一，總面積達1579畝。形似一位母親懷抱自己的嬰孩。巴丹吉林沙漠中有萬千眼泉，其中音德日圖湖的泉水最為著名，有“神泉”之稱。泉水清冽爽口，水質極佳。經德國專家化驗檢測，确定泉水中含有十幾種人體所需的微量元素，能夠聚精提神、延長壽命及治療多種疾病。同時，泉水滋補養育了種類頗豐的中草藥，因此，音德日圖湖是巴丹吉林沙漠幹草以及各類中草藥的盛産地。
與蘇敏吉林湖和音德日圖湖毗鄰連接的是巴格吉林海子，由于其面積與同處于巴丹吉林沙漠腹地的其他湖泊面積相比小很多，便依其蒙語意思“小海子”命名為“巴格吉林”。
巴丹吉林廟坐落在蘇敏吉林湖，該廟始建于清朝乾隆二十年（1755年），已有200多年的曆史，是阿拉善盟擁有的原貌保持較好的富有民族文化特色的寺廟之一。寺廟的一石一木一磚都是由駱駝馱進，廟裡的大梁和頂柱都是由人力擡進的。廟宇肅穆莊嚴，被稱作是“沙漠故宮”。
巴丹吉林廟在最鼎盛繁榮時期曾擁有60多位喇嘛。瑪尼喇嘛是阿拉善佛教造詣極為高深的大喇嘛，他自蘇敏吉林建廟以來，使當地人民生活安甯康定，賦予了萬物以生機和靈氣。每到瑪尼喇嘛誦讀經文之時，蘇敏吉林的泉水就會自動噴湧而出，景象壯觀，後人将這眼泉稱為“聽經泉”。
巴丹吉林廟數年來獲得過多項榮譽。1986年被評為旗級文物保護單位；2006年被評為内蒙古自治區第四批重點文物保護單位；2013年被評為全國重點文物保護單位。
巴丹吉林沙漠不僅擁有大漠五絕等壯麗的自然景觀，還富有多樣的動植物資源、醫藥材資源、礦産資源以及礦泉水資源。巴丹吉林沙漠憑借其獨特的自然地貌景觀，多次被國内及國際組織授予各項榮譽。2005年成為阿拉善國家級沙漠地質公園核心區，同年10月被《中國國家地理》雜志評為“中國最美的沙漠”，被譽為：上帝劃下的曲線、蒼天締造的神奇；2006年成功入選“中國最值得外國人去的50個地方”且獲得金獎，并由國家旅遊局和中國科學探險協會共同推薦為全國首批十七個最具代表性的探險旅遊區之一；2009年8月被聯合國教科文組織批複成為“沙漠世界地質公園”；2014年11月成為國家4A級旅遊景區。
與水天輝映的廟宇賦予了巴丹吉林沙漠神秘的色彩