敦煌位于甘肃、青海、新疆三省（区）的交汇点，东有三危山，南有鸣沙山，西面是沙漠与罗布泊相连，北面是戈壁，与天山余脉相接。南北高，中间低，自西南向东北倾斜，平均海拔不足1200米。全市总面积3.12万平方公里，其中绿洲面积1400平方公里，仅占总面积的4.5%，且被沙漠戈壁包围，故有“戈壁绿洲”之称。

由于深处内陆，受高山阻隔，远离潮湿的海洋气流，因此敦煌属于极干旱大陆性气候，具有三个主要特点：一是日照充分。从多年平均的气候资料来看，敦煌年平均日照时数达3200小时，无霜期150天，年均气温9.5℃，最热的是7月，平均气温为24.6℃；最冷的是1月，平均气温仅有-8.2℃。二是干燥少雨。敦煌上空经常维持着一支偏北下沉气流，属干旱少雨地带，年平均降水量只有40毫米左右，并集中在6-8月，3个月的累积降雨量约占全年总降水量的70％。7月是全年降水最多的一个月，不过月累积降雨量也就只有15毫米而已。虽说年降水量不多，但蒸发量却达2400毫米。三是四季分明。

春季温暖多风，夏季酷暑炎热，秋季凉爽，冬季寒冷，昼夜温差大，有“早穿皮袄午披纱，怀抱火炉吃西瓜”一说。气温年较差达34℃，敦煌常年多刮东风和西北风，近地面平均风速不超过3米／秒，干热风和黑沙暴为主要的自然灾害。 敦煌冬长夏短，冬季一般从10月11日至次年4月7日，差不多有半年的时间，在此期间，由于气温低，容易出霜，道路也容易结冰；而3-5月虽说气温开始逐步回升，但容易有沙尘天气侵袭，因此每年的6月-10月，是游敦煌、游丝绸之路的最佳季节。不过这几个月日照充足，平均每天的日照时数都在10小时左右，去当地游玩一定要注意防晒。