山体东段大多只有3000米的低山与丘陵地带，构成柴达木盆地与塔里木盆地的天然屏障。由于周围有高山冰川的消融与泉流的补给，形成形态各异的高原湖泊。盆地内地形地貌类型复杂，自然景观千姿百态。保护区范围内沙漠广布，总面积为3054平方公里，沙漠平均海拔在4000米以上。其沙漠主要类型为丛草沙丘、雁沙滩新月形沙丘、积沙滩新月形沙丘等，在海拔3916～4706米之间，比号称世界沙漠第一高程的南美阿卡塔玛沙漠还要高出1700米。是目前世界已知的沙漠海拔之最。

　　自然保护区南部的阿尔喀山中，发育着一片古老的岩溶地貌，东起布喀达板峰，西至阿其克库勒一带，长350公里，宽20~30公里，面积约1万平方公里，隐藏在海拔4400~ 5600米的崇山峻岭之中。这一片古老的石灰岩山体，经过千百年的风吹雨打，溶解分化，呈现出千奇百怪的形状。自然保护区东端，有条名叫那棱格勒的较大河流，其中段被称为神秘的“魔鬼谷”。它西起库木库勒沙漠，东到青海省的布仑台，全长100公里，宽30公里，海拔3000~4 500米，坐落在东昆仑山和祁曼塔格山之间。

　　阿尔金山自然保护区的河流因受其地形制约，主要为内流河，流程短，流量小。由于高原上冻土层融水和出露大量的地下泉水补给水源，多数河流时隐时现。常年河流除冰雪融水补给外，其上游还有泉水补充，如保护区境内较大的色斯克亚河源头，被称作“明布拉克”，维吾尔语为“千泉”之意。

　　位于世界沙漠海拔之最的库木库勒沙山北麓，在海拔4000米的同一高度分布着三个巨大的泉眼，总名曰沙子泉，其中最大的一眼，泉口直径达200米，面积超过12500平方米；另两个泉口直径分别为50米，总面积超出2万平方米。三大巨泉横向排列，开口向北汇为一流，名曰大沙河，宽约1000米，水流交错，颇为壮观。

　　阿尔金山自然保护区的湖泊大多是新构造运动的产物，形成时间主要在第三纪。在漫长的地质历史长河中，几经沧桑。当时湖水面积广阔，呈相连一体的大湖，直至第三纪末至第四纪初，山地大幅度抬升，盆地中部隆起，致使保护区内逐渐分割形成两个大小不一的湖盆和数个小湖。随着新构造运动的影响和气候变迁，湖泊不断缩小，加之河水携带盐份和干燥环境作用，致使这里的湖泊含盐量颇高。

　　阿尔金山自然保护区的草原面积十分辽阔，主要有大九坝草原，东起那棱格勒河上游,经喀拉墩、大九坝、明布拉克、丁字口、野牛泉，一直延伸到且末县境内，面积达1万多平方公里。这里的草原是随青藏高原的隆升，在恶劣的自然条件下发生和发展起来的一个年轻的植物群落类型。

　　由于太平洋季风由东向西逐渐减弱的趋势和干冷的西风环流的，使保护区呈现东部湿润、西部干早的气候特征，从而导致生态地理环境的明显差异，东部地区分布着大面积的高寒草原，西部则布满荒漠。经过科学考察，共采到高等植物标本349号，经鉴定计241种。而且植物名目繁多，主要植物有紫花针茅、羽柱针茅、硬叶苔草、银穗草。在241种野生植物中占优势的有6科：林科，7属、33种；十字花科，16属、29种；菊科，11属、37种；豆科，5属、33种；毛莨科，7属、17种；莎草科，3属、18种。

　　阿尔金山自然保护区的野生动物资源，种类之丰富、数量之庞大、分布之集中，不仅在新疆境内，而且在全国其他自然保护区中都是罕见的。经科学考察，现已发现60多种野生动物，其中被列为国家一类保护的动物有野牦牛、藏野驴、藏羚、雪豹、盘羊、藏雪鸡、黑颈鹤；二类保护动物有捨猁、棕熊、藏原羚、雪鸡、金雕、玉带海雕、胡兀鹫、兔狲、岩羊、青羊、游隼；三类保护动物有普氏原羚、红隼、雪兔、赤狐。其中藏羚羊达9万余只，藏野驴达3万多头，野牦牛约1万多头。

　　动物类群的组成与数量分布,有明显的地域差异，北部库木库勒湖是各种水鸟的聚居地；东南的大九坝水草丰盛，是各种高原动物大量聚居地，成为有蹄类动物的乐园；东部的库木库勒沙漠只能作为一些动物的临时避难所，阿牙克库木湖以西的枯草荒漠淡水缺乏，是有蹄类动物产仔的避护所；西南部的鲸鱼湖与阿其克库勒湖地区，动物群类以水域鸟类为主。