库布齐沙漠形成的自然原因有来自古代黄河冲积物；来自狼山前洪积物；就地起沙。鉴于库布其沙漠的沙丘几乎全部是覆盖在第四纪河流淤积物上，因此，沙源来自古代黄河冲积物的可能更大些。不管是哪一种沙源，都为这里形成沙漠准备了物质基础。自商代后期至战国，气候变得干冷多风，使沙源裸露，并提供了动力条件。因此，库布其沙漠应是在此期间形成的。

库布齐沙漠位于河套平原黄河几字弯里的黄河南岸（有的人称为河套沙漠），其北是黄河，往北是阴山西段狼山地区。据《诗经》记载，在3000年前的西周时期，库布其草原上就出现了朔方古城。当时，这里森林茂密、水草丰美、绿茵冉冉、牛羊成群。我国古代少数民族俨犹、戎狄、匈奴都曾在这里繁衍生息。

库布齐沙漠地区，虽然在白泥窑文化、庙子沟文化期遗址较少，但到了阿善文化及其之后的永兴店文化、大口二期文化和朱开沟文化期，遗址却是很多的，反映了人口也有一定数量，它对于库布其沙漠的形成，自然会起到推波助澜的作用。

库布齐沙漠东部水分条件较好，属半干旱区；西部降水少，跨入了干旱区。该沙漠区有较好的光、热、水，宜于粮食作物和经济作物生长。该沙漠东、中、西部各具特色，中、东部雨量较多，西部热量丰富。中、东部有发源于高原脊线北侧的季节性沟川约10余条，纵流其间，并具有沟长、夏汛冬枯、含沙量大等特点。