Geografía El terreno consiste principalmente de valles separados por varias pequeñas cordilleras, de las cuales destacan la Sierra Madre Occidental, la Sierra Madre Oriental, la Sierra del Carmen, las Montañas Sacramento, las Montañas Sandía, las Montañas Manzano, las Montañas Magdalena-San Mateo, los Montes Chisos, las Montañas Guadalupe, y las Montañas Davis. Estos forman islas de microclimas frescos y húmedos dentro del desierto que llegan a albergar árboles de hoja ancha y coníferas, llegando inclusive a formar bosques de éstos.
Clima El Desierto de Chihuahua presenta una altitud que varía entre los 600 m a los 1.675 m de altura sobre el nivel medio del mar. Como consecuencia, éste tiende a tener un clima ligeramente más templado durante el verano comparado con el Desierto de Sonora, ubicado al oeste, aunque, usualmente, las temperaturas oscilan entre los 35 °C y 40 °C durante el día. El clima invernal varía de moderadamente templado a muy frío dependiendo de la altitud. La precipitación es más abundante comparado con la mayor parte del Desierto de la Gran Cuenca y los desiertos de Sonora y Mojave; de cualquier forma, ésta es menor a los 250 mm por año, con la mayor parte de la lluvia cayendo durante la temporada de monzón al final del verano. La precipitación en forma de nieve es escasa con excepción de las regiones ubicadas a mayor elevación.
Vegetación
La lechuguilla es una especie característica del Desierto de Chihuahua.A diferencia del Desierto de Sonora, en donde abundan grandes cactus y pequeños árboles, el Desierto de Chihuahua es predominantemente un desierto de matorrales y pastizales. Entre las especies que destacan están el creosote, también llamada gobernadora o hediondilla (Larrea tridentata), y el hojasén o yerba del hule (Flourensia cernua), que es una especie característica y se le encuentra más esparcida, aunque puede llegar a cubrir áreas extensas bajo determinadas condiciones de humedad y suelo. Otras plantas comunes en la parte norte del desierto incluyen arbustos como el chamizo o costilla de vaca (Atriplex canescens), la mariola o guayule (Parthenium incanum), y el mezquite dulce (Prosopis glandulosa). De igual forma existen suculentas como una variedad de pequeñas a medianas cactáceas, tales como la cholla (Opuntia imbricata), yucas o palmitas (Yucca elata, Yucca torreyi), y agaves tales como la lechuguilla (Agave lechuguilla), característico de este desierto. Los pastizales también son comunes, como la navajita negra (Bouteloua eriopoda) y el toboso común o zacate galleta (Hilaria mutica). Otro tipo de plantas comunes son el ocotillo (Fouquieria spendens), el sotol (Dasylirion spp.), la biznaga de agua o cacto de barril (Ferocactus wislizenii), así como el peyote.
Fauna El desierto presenta una abundante fauna. Algunos animales típicos de este son el conejo del desierto (Sylvilagus audubonii); la liebre (Lepus californicus); el ratón de cactus (Peromyscus eremicus); el zorro veloz (Vulpes velox); la ratona o matraca desértica (Campylorhynchos brunneicapillus); el correcaminos (Geococcyx californianus); la serpiente de cascabel del Mojave (Crotalus scutulatus); la culebra chirrionera (Masticophis flagellum); el huico de Nuevo México o lagartija cola de látigo (Cnemidophorus neomexicanus); el sapo manchado (Bufo punctatus); la salamandra tigre (Ambystoma tigrinum); la rata de maderas (Neotoma albigula); el murciélago pálido (Antrozous pallidus); el coyote (Canis latrans); el lobo gris mexicano (Canis lupus baileyi); el zorrillo (Mephitis macroura); el gato montés (Lynx rufus); y el ciervo mulo o venado bura (Odocoileus hemionus)..