تغطي الصحراء الكبرى اجزاء من عدة دول افريقية من بينها الجزائر، تشاد، مصر، ليبيا، مالي، موريتانيا، المغرب، النيجر ، السودان وتونس، ومعظم اماكن الصحراء الكبرى تتميز بتضاريس متنوعة ، ومعظم المناظر الطبيعية تشكلت مع مرور الوقت عن طريق الرياح والتي تشمل الكثبان الرملية والبحار الرملية وهضاب الحجر القاحلة، والسهول الحصوية والوديان الجافة والمسطحات الملحية ، وهناك حوالي 25٪ من مساحة الصحراء الكبرى عبارة عن الكثبان الرملية، وبعضها تصل الى اكثر من 500 قدم (152 متر) في الطول .
وهناك ايضا العديد من السلاسل الجبلية في الصحراء الكبرى ، والكثير منها من النوع البركاني ، وتعتبر اعلى قمة وجدت في هذه الجبال هي قمة ايمي كوسي وبركان الدرع الذي يرتفع الى 11204 قدم (3415 متر مربع) ، وهي جزء من مجموعة تيبستي في شمال تشاد، اما عن اعمق نقطة في الصحراء الكبرى يصل طولها الى 436 قدم (- 133 متر) تحت مستوى سطح البحر .
ومعظم المياه الموجودة في الصحراء الكبرى اليوم هي عبارة عن شكل تيارات موسمية او متقطعة ، والنهر الدائم الوحيد في الصحراء الكبرى هو نهر النيل الذي ينبع من وسط افريقيا الى البحر الابيض المتوسط، وتم العثور على مياه اخرى في الصحراء الكبرى في طبقات المياه الجوفية وفي المناطق التي يصل اليها هذا الماء على السطح، ونجد في الصحراء الكبرى بعض الواحات والمدن الصغيرة او المستوطنات مثل الواحات البحرية في مصر وغرداية في الجزائر .
وكمية المياه والتضاريس تختلف بحسب المكان ويتم تقسيم الصحراء الكبرى الى مناطق جغرافية مختلفة، ويعتبر مركز الصحراء الكبرى قاحل ولديه القليل من دون غطاء نباتي، في حين ان الاجزاء الشمالية والجنوبية يوجد بها عدد من المراعي المتفرقة، وهناك ايضا الشجيرة الصحراوية ونجدها في المناطق التي توجد رطوبة زائدة .
