Нубийская пустыня расположена на плато, ступенчато понижающемся с востока на запад от 350 до 1000 м, с многочисленными островными горами высотой до 1240 м и массивами. На востоке обнажаются древние кристаллические породы и сохранившиеся местами континентальные нубийские песчаники; на западе они перекрыты песками, собранных в виде дюнных гряд. Плато густо расчленено вади, текущими в сторону (но так и не дойдя) Нила.
Климат пустыни тропический, жаркий, континентальный. Выпадает ничтожное количество осадков (не более 25 мм). Годами их не бывает совсем. Средняя температура июля - +30 градусов, максимальная – до + 40. Зима теплая, с январскими температурами + 15. Недостаток облачности приводит ночью к чрезмерному излучению и резкому охлаждению воздуха и земной поверхности. Поэтому здесь часто очень холодные ночи. Морозы бывают редко. Резкие перепады температур обуславливают энергичное выветривание.
Растительный покров Нубийской пустыни крайне разрежен, в этой местности преобладают колючие кустарники и полукустарники, ксерофитные злаки.