La géomorphologie de la wilaya distingue le plateau du Tidikelt au nord, recouvert de sable et au climat très rude et le Hoggar (Ahaggar) au sud, massif montagneux où les températures sont plus clémentes. La wilaya abrite le plus haut sommet d’Algérie, le mont Tahat à 3 003 m d’altitude situé dans le massif montagneux du Hoggar.
La ville de Tamanrasset est le chef-lieu de la wilaya et constitue un carrefour important d’échange commercial avec les pays du Sahel. Située dans le centre du Hoggar, à 1 400 mètres d’altitude, Tamanrasset bénéficie d’un climat tempéré et sec, les températures oscillant entre -8 degrés et 35 degrés Celsius.