塔里木地台是中国三大前寒武纪地台之一，位于天山、昆仑山与阿尔金山之间，基底形成于新太古代至元古代，主体被塔克拉玛干沙漠覆盖。其基底由太古宙片麻岩、麻粒岩及混合岩构成，包含新疆最古老的中-上太古界地层（同位素年龄达3263Ma）。晋宁运动标志着该地台基底最终固化，自震旦纪起发育以海相碳酸盐岩为主的稳定沉积盖层。新生代受青藏高原隆升影响，形成现代内陆盆地格局，周边分布元古宙-古生代侵入岩体及多金属成矿带。

基底由太古宙-元古宙深变质岩构成，库鲁克塔格地区出露3263Ma的达格拉格布拉克群片麻岩，铁克里克地块发育埃连卡特群混合岩。地台北缘以巴仑台-库米什断裂为界，南界止于阿尔金山南缘深大断裂，磁场特征显示前寒武纪基底向东延伸至东经91°30′附近中断。新生代沉积层厚度超过10千米，覆盖面积占现代盆地75%以上。

早元古代经历多期变质作用，青白口纪末的塔里木运动使地槽闭合转为克拉通化。震旦纪-奥陶纪形成台地相碳酸盐岩沉积，与扬子地台具有相似沉积序列。华力西运动导致晚二叠世盆地雏形形成，中新生代发育陆相含煤建造与膏盐层。现代地貌受青藏高原隆升影响，形成封闭型内陆盆地。

寒武系假整合覆盖于前寒武系之上，柯坪地区保留完整的浅水地台相沉积序列。古生代发育海相碳酸盐岩夹火山岩，石炭纪海侵范围达到最大。中生代转型为陆相碎屑沉积，侏罗系含煤建造和白垩系红层广泛分布。新生代沉积中心向东南迁移，形成巨厚膏盐层。

基底是否包含独立太古代陆核存在争议，库鲁克塔格3263Ma岩石记录支持古老陆块存在。东部边界研究显示其与华北地台间隔海西褶皱带，航磁数据否定两者直接相连的假说。古地磁证据表明早古生代位于南半球低纬度区，晚古生代加速北移。盆地性质存在弧后盆地与前陆盆地的理论分歧。

北山褶皱带发育石炭纪裂谷型铜镍硫化物矿床，阿尔金断隆赋存铬镍矿化。塔东坳陷区震旦系-寒武系碳酸盐岩具备良好储盖组合，被列为油气勘探重点靶区。罗布泊坳陷新生代膏盐层下伏可能保存古生代烃源岩。