吐鲁番沙漠植物园建于1976年，占地34公顷，该园以固沙植物引种驯化和扩大繁殖为主，还兼沙害防治研究、沙漠植物普及教育、观赏旅游等功能，已保存各类荒漠区植物600余种，其中濒危品种40余种。 植物园分南北两园：北园是工作人员办公和生活的区域，其中有实验楼、专家公寓、多功能厅、餐厅、荒漠植物引种培育区，还有一个特色专类园（区）荒漠经济果木种质资源圃；南园中建有荒漠植物活体种质标本园、民族药用植物专类园、荒漠经济果木专类园、荒漠野生观赏植物专类园、荒漠珍稀濒危特有植物专类园、盐生荒漠植物专类园、柽柳植物专类园、沙拐枣专类园（种质资源圃）和干旱区葡萄专类园等专类园（区）。
全世界柽柳科（Tamaricaceae）植物3属约110种，主要分布于旧大陆草原和荒漠地区，我国有3属32种，三个属生态类型各异，其中柽柳属的综合利用价值较高。怪柳专类园建于1992年，占地2公顷，已收集保存柽柳科植物3属20种，其中柽柳属植物17种、琵琶柴属植物2种、水柏枝属植物1种，占中国分布种数的50％以上，是世界上保存柽柳科植物物种资源最多的种质资源库，已成为国内柽柳属植物的重要种类资源库和研究基地，可以为系统研究干旱区植物区系的形成与演变、柽柳科植物的系统发育及其多样性保护和永续利用提供条件。
干旱荒漠区有观赏价值的野生植物种类约有1000余种，其中蔷薇科、豆科、藜科、菊科、忍冬科、柽柳科、鸢尾科、百合科和蓼科植物占统治地位。 荒漠野生观赏植物园始建于1997年，规划面积1.0公顷，现已引种荒漠观赏植物100余种。在注重灌木种类收集的基础上，转向地被类植物、低矮多年生草本和短命类短命观赏植物种的收集。除重视观花类的植物外，并开始注重有荒漠区特色的野生观叶、观果、观形类植物种类的收集与保育，其中有大量可供商业观赏花卉育种的野生材料。
位于中亚荒漠地区的新疆是世界果树起源和栽培的重要地区之一，区内有野生果树及近缘植物约13科28属93种4变种，其中荒漠野生果树有60余种，不少种属于国家和地区特有珍稀濒危保护种。 荒漠经济果木专类园建于1995年，面积1.2公顷，已引种保存干旱荒漠区野生经济果木及栽培种30余种，可为干旱荒漠地区珍稀濒危野生果树和现有栽培果树品种的种质资源遗传多样性保护、开发利用和新品种培育提供物质基础。
面积为1.0 hm2，以沙漠植物园南园内原始风蚀地为基质，人为控制土壤水分和盐分条件形成局部小面积盐漠生境。收集温带荒漠区盐漠环境中的盐生植物群落中的建群植物、优势植物及特有种，以藜科、柽柳科、蒺藜科、白花丹科、菊科、豆科和禾本科植物的自然盐生群落组成为参照，进行自然式群落布局与物种结构配置，已引种收集并培育了典型盐生植物种约20种。
沙拐枣专类园规划面积为10.45公顷，以新疆分布的泡果沙拐枣、白皮沙拐枣、红皮沙拐枣、奇台沙拐枣、艾比湖沙拐枣和塔里木沙拐枣植物为主要建群种，配置主要的伴生灌木和多年生草本植物，构成近自然的群系造景元素，分别展示分布在沙质、砾质和沙砾质荒漠生境中的沙拐枣自然群落。现已成功引种23种（包括未发表种）。
建于1976年，占地8hm2，引种栽培沙漠植物近400种，其中荒漠珍稀濒危植物40种，按恩格勒系统排列的荒漠植物标本区与大面积人工沙漠植被有机地融为一体，部分原始风蚀流沙地貌与之相互衬映，突出了内陆干旱荒漠区的景观特点，是进行植物科普和教学实习的活标本园。
民族草药圃建于1992年，占地0.5hm2，以收集新疆维吾尔族常用草药为主，同时兼收新疆哈萨克、蒙古等其他少数民族的草药种类，重点突出荒漠的种类。现已收集植物60余种，为发掘新疆野生药用植物资源，开展民族植物学、民族药学及其多样性保护研究创造了基本条件。
本区面积为6.0hm2，以中国温带荒漠植物区系中的珍稀濒危特有植物作为收集对象，模拟自然生境，以自然存在的群落组成和结构为参考模式，建设5个典型的珍稀濒危特有植物群落类型，共保存100余种荒漠区种质资源植物。
植物园碑石
