敦煌境内东有三危山，南有鸣沙山，西面是沙漠，与塔克拉玛干相连，北面是戈壁，与天山余脉相接。全市总面积2.67万平方公里，其中绿洲面积1991平方公里，仅占总面积的7.18%。平均海拔1139米，年平均降水量42.2毫米，蒸发量2505毫米，年平均气温9.9℃，最高气温41.7℃，最低气温-30.5℃。年平均无霜期152天，属典型的暖温带干旱性气候。
敦煌绿洲由党河滋补，发源于祁连山的党河，全长390公里，流域面积1.68万平方公里，年径流量3.02亿立方米，是敦煌人民的母亲河。境内除党河外，地面水还有西水沟、东水沟、南湖泉水区，年径流量0.62亿立方米
