塔里木河流域年降水总量为1171亿m3,折合降水深117mm，其中“四源一干”降水深为247mm。受水汽来源和地形影响，流域降水空间分布很不均匀，呈现山区多于平原、垂直地带性明显，西北部多于东南部、迎风坡多于背风坡的特点。
受盆地周边昆仑山、帕米尔髙原和天山的拦截和抬升，外来湿润气团在山区内部产生较多降水，随着水汽减少，流域内部平原区降水减少。根据站点实测资料分析，山区年降水量一般为100〜500mm,盆地边缘50〜80mm，东南缘20〜30mm，盆地中心约10mm;降水量随海拔增加而增加，递增率在海拔3000m以下天山南坡为10〜20mm/100m，昆仑山山系为10mm/100m左右。由于缺乏高山处实测资料，对最大年降水带问题存在两种看法，一种认为不存在最大降水带，一种认为最大降水带位于森林带上限。流域内海拔3500m以上的高山地带，大气降水几乎全部为降雪，在地表形成大面积的冰川和永久积雪；中、低山地区夏季以降雨为主，冬季降雪形成季节性积雪。
山脉的走向对降水量分布也具有重要影响。天山和昆仑山呈东西走向，与西风气流方向一致，有利于水汽进人，气流在自西向东的运移过程中，水汽逐渐减少，降水量相应递减。在南北向上，昆仑山山区的降水量小于天山山区。
