Die Wüste bedeckt den größten Teil Turkmenistans, eine lange Ost-West-Schlucht. Sie erstreckt sich über weite Dünenkämme, die einige hundert Meter über dem Meeresspiegel liegen. Sie liegt östlich des Kaspischen Meeres, das ein steiles Ostufer hat. Im Norden grenzt er an das lange Delta, das den weiter nördlich gelegenen Süd-Aralsee speist, einen weiteren endorheischen See, der etwa 58 Meter höher liegt als das Kaspische Meer. Das Delta ist das des Amu Dar’ya-Flusses im Nordosten, der die lange Grenze zur usbekischen Wüste Kyzyl Kum bildet. In den Jahrzehnten seit den frühen 1980er Jahren nimmt die relativ kleine Wüstenausdehnung „Aral Karakum“ den größten Teil des ehemaligen Meeresbodens des Aralsees ein, etwa 40.000 km2. Das Meer hat sich im Laufe der Jahrtausende verändert. Während der Existenz der Sowjetunion ging er größtenteils verloren, was mit großen Bewässerungsprojekten zusammenfiel. Der nördliche Aralsee hat sich 2009 wieder erholt, aber der südliche Aralsee ist an seiner Flussmündung zu einem kleinen Stillstand gekommen.
Am nordwestlichen Rand der Wüste verlief früher ein Fluss. Im späten Pleistozän floss der Amu Dar’ya jenseits des Aralbeckens zum Sarykamysh-See und dann zum Kaspischen Meer. Sedimentation und Überschwemmungen während einer pluvialen Periode führten zu einem Überlauf in das östlich gelegene Tal des Zeravshan-Flusses. Die beiden Ströme vereinigten sich und bildeten oder erweiterten den Horezm-See. Als letzterer, der in der früheren Khvalinian-Periode entstanden war, nach Norden überlief, schuf er seine Verbindung zum Aralsee entlang des Akcha Dar’ya-Bevölkerungskorridors dieses niedrigen, sanften Tals (einer abgelegenen Gemeinde in Westusbekistan und Nordostturkmenistan).