De woestijn beslaat het grootste deel van Turkmenistan, een lange oost-west strook. De woestijn strekt zich uit tot op een paar honderd meter boven de zeespiegel, tot op de top van de duinen, die door rotsen worden bedekt. Het ligt ten oosten van de Kaspische Zee, die een steile oostelijke oever heeft. In het noorden grenst het aan de lange delta die het zuidelijke Aralmeer voedt, een ander endorheisch meer, ongeveer 58 meter hoger dan de Kaspische Zee. De delta is die van de Amu Dar’ya rivier in het noordoosten, die de lange grens afbakent met de Kyzyl Kum woestijn, van Oezbekistan. De relatief kleine woestijnuitbreiding de “Aral Karakum” beslaat het grootste deel van de voormalige zeebodem van het Aralmeer, ongeveer 15.440 vierkante mijl/40.000 km2. De zee is in de loop van millennia aan schommelingen onderhevig geweest. Het grootste deel ging verloren tijdens het bestaan van de Sovjet-Unie, samenvallend met grote irrigatieprojecten. Het Noord-Aralmeer herstelde zich in 2009, maar het Zuid-Aralmeer ebde weg tot een kleine stagnatie aan de monding van de rivier.
In de noordwestelijke rand van de woestijn lag vroeger een rivier. In het late Pleistoceen stroomde de Amu Dar’ya voorbij het Aral-bekken naar het Sarykamysh-meer en vervolgens naar de Kaspische Zee. Sedimentatie en overstromingen tijdens een pluviale periode leidden tot overloop naar de vallei van de Zeravshan-rivier in het oosten. De twee stromen vloeiden samen en vormden of breidden het Horezmeer uit. Toen dit laatste, dat in de vroegere Khvalinische periode was gevormd, in noordelijke richting overstroomde, kerfde het zijn verbinding met het Aralmeer langs de Akcha Dar’ya bevolkingscorridor van die lage, zachte vallei (een afgelegen gemeenschap van West-Oezbekistan en Noordoost-Turkmenistan).