Το μεγαλύτερο μέρος της ερήμου Τσιουάχουαν βρίσκεται στο Μεξικανικό Οροπέδιο εντός της επαρχίας Basin and Range. Υπάρχουν μερικές οροσειρές, αλλά όχι οι συνεχείς οροσειρές που βρίσκονται στις ερήμους Sonoran ή Great Basin. Η έρημος Τσιουάχουαν περιέχει διάφορους τύπους βλάστησης ανάλογα με το υψόμετρο. Στα χαμηλότερα υψόμετρα κυριαρχούν θάμνοι κρεόσωτου και θάμνοι, μετατοπιζόμενοι σταδιακά σε λιβάδια γιούκα με σαπουνόδεντρα σε υψηλότερα υψόμετρα. Σε ακόμη υψηλότερα υψόμετρα κυριαρχούν τα λιβάδια της ερήμου.
Η έρημος Τσιουάχουαν χαρακτηρίζεται από ακραίες καλοκαιρινές θερμοκρασίες, οι οποίες συχνά ξεπερνούν τους 38 °C και πέφτουν κάτω από το μηδέν το χειμώνα. Η βροχόπτωση ποικίλλει σε όλη την έρημο, κυμαινόμενη από 10 ίντσες (250 mm) στα δυτικά έως μόνο 1 ίντσα (25 mm) στις σκιώδεις περιοχές της βροχής στα ανατολικά. Η έρημος δέχεται τις περισσότερες βροχοπτώσεις κατά τους καλοκαιρινούς μουσώνες, οι οποίοι προκαλούν καταιγίδες και πλημμύρες.
Η έρημος υποστηρίζει άφθονη άγρια ζωή, συμπεριλαμβανομένων των πτηνών, των μικρών θηλαστικών, των ερπετών και των αμφίβιων και ποικίλων φυτών. Η έρημος Τσιουάχουαν περιλαμβάνει πολλά εθνικά πάρκα, κρατικά πάρκα και άλλες προστατευόμενες περιοχές, οι οποίες συμβάλλουν στη διατήρηση της μοναδικής οικολογικής της αξίας.
