Thảm thực vật trong lưu vực sông Tarim chủ yếu phân bố dọc theo sông và các nhánh của nó. Tại đây, ở rìa các cồn cát, người ta thấy có thảm thực vật dạng cây bụi và cây gỗ cằn cỗi, đặc biệt là các dạng ngải. Các khu rừng nhỏ, chứa các loài dương, cũng mọc trong thung lũng sông Tarim. Các loài cây bụi thấp bao gồm liễu (Salix spp.), gai cát (Hippophae spp.), các cụm gai dầu Ấn Độ (Apocynum cannabinum) rậm rạp và cam thảo (Glycyrrhiza uralensis).

Sông Tarim nhiều cá, và sự sống động vật trên sông cùng sa mạc xung quanh là hay biến đổi. Thung lũng và các hồ trong bồn địa Tarim là điểm dừng cho nhiều loài chim di trú.