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북쪽으로 시리아 사막, 동쪽으로 페르시아 만, 오만 만, 아라비아 해, 남쪽으로 아라비아 해와 아덴 만, 서쪽으로 홍해와 접해 있다. 사막 대부분이 사우디아라비아에 속하지만 요르단·이라크·쿠웨이트·카타르·아랍에미리트·오만·예멘까지 뻗어 있다.

아라비아 사막은 2개의 주요지역으로 이루어져 있다. 서쪽으로는 화성암과 변성암으로 이루어진 오래된 아프로-아라비아 순상지가 있고, 동쪽으로는 순상지에서 멀리 페르시아 만 연안을 향해 완만하게 기울어진, 좀더 최근에 형성된 퇴적암지대가 있다.

사막 북 서부·남서부와 남동부 모퉁이에 산악지대가 솟아 있으며 남부와 서부 지역은 산악지대 아래로 가파른 벼랑과 협곡들이 바다 쪽으로 연결되어 있다. 북부와 동부 지역으로 갈수록 고도가 조금씩 낮아져 나지막한 내륙 고원지대와 드넓은 평원 또는 스텝 지대가 펼쳐진다. 내륙에는 침식작용을 받고 있는 낮은 고지들이 많다.

1/3 이상이 모래사막인 이 지역에는 크기와 형태가 다양한 모래언덕과 능선이 있으며, 기복이 심하지 않은 지표면 위를 엷은 모래층이 덮고 있다. 가장 큰 2개의 모래사막 지역은 북서부의 안나푸드와 남동부의 룹알할리(알람라)이다. 두 모래사막 사이에 모래언덕이 2개의 활 모양을 이루며 거의 평행으로 계속 이어져 있고 그 가운데 케스타 지형인 앗투와이크 산이 자리잡고 있다.

1년에 2번 30~50일 동안 북쪽과 북서쪽에서 평균 시속 50㎞의 샤말풍이 엄청난 양의 모래와 먼지를 싣고 불어와 모래언덕의 모양을 바꾸어 놓는다. 여름에는 최고기온이 51℃에 이를 정도로 매우 더워 건조한 내륙에서는 견딜 만하나 습도가 높은 연안지역과 일부 산악지대에서는 생활에 지장을 준다.

평균강우량은 1년에 100㎜가 채 안 되나 지역에 따라 0~500㎜까지 다양하다. 수로는 대부분 말라 있거나 비가 많이 올 때만 물이 흐르는데 북동부의 티그리스-유프라테스 하계와 예멘 하드라마우트 남부의 와디 하자르는 1년 내내 물이 흐른다. 아라비아 사막의 식물들은 건조하거나 소금기 있는 이런 환경에 적합하도록 구조적으로 적응되어 있다.

아라비아 사막에 사람이 살기 시작한 것은 약 1만 년 전에 끝난 플라이스토세(世) 이후이다. 유목민인 베두인족은 비가 오는 겨울철에는 낙타·아라비아말·양떼와 함께 사막으로 이동하고 여름 건기에는 경작지로 다시 돌아오는 계절에 따른 생활방식으로 사막생활에 적응했다. 많은 오아시스에서 대추야자나무가 재배되어 열매는 사람과 가축의 식량으로, 나무는 집을 짓는 목재로 쓰인다. 오아시스에서는 또한 쌀·알팔파·헤나·감귤류·멜론·양파·토마토·보리·밀과 같은 과일·곡물·채소류를 재배한다. 고도가 높은 지역에서는 복숭아·포도·오푼티아선인장을 재배한다.

7세기부터 이슬람교도가 된 아랍인들은 1936년 석유가 발견될 때까지 사실상 서구문화의 영향을 전혀 받지 않고 살아왔다. 한때는 낙타를 이용하는 것이 고작이었으나 지금은 도로망이 잘 갖추어져 있어 사막 가운데 약 4/5가량이 자동차로 통행이 가능하다.