坎儿井主要分布在新疆天山山脉东部的吐鲁番及哈密盆地，其中尤以吐鲁番为多。坎儿井之所以能够在吐鲁番顺利使用，与当地特有的地理条件密不可分。吐鲁番盆地是中国的最低点，距吐鲁番市中心以南50公里的艾丁湖低于海平面154米，是仅次于死海的世界第二低地。整个盆地四面环山，北面有天山博格达峰，西面有喀拉乌成山，南面有觉罗塔格山，东南有库姆塔格沙山。从天山山脚到艾丁湖的直线距离不过60公里，但高差却达1400多米。气温高的时候，山顶上的冰川融化，流向戈壁砾石带后迅速下渗，在盆地边缘形成潜水带。而吐鲁番土质为砂砾和粘土胶结的钙性土壤，质地坚硬，不易坍塌，这一特点为大量开挖坎儿井，提供了地质条件。

坎儿井，有四个重要组成部分，缺一不可。竖井是开挖或清理坎儿井暗渠时，运送地下泥沙或淤泥的通道，同时也是送气通风口。一般越向上游竖井越深，间距越长，约有30至70米，越往下游竖井越浅，间距也越短，约有10米到20米。井深因地势和地下水位高低不同而有深有浅，最深的竖井可达90米以上。暗渠，又称地下渠道。一般按一定的坡度由低往高处挖，这样水就可以自动地在含水层中会汇聚起来。暗渠一般高1.7米，宽1.2米，短的100至200米，最长的长达25公里。地下水源顺着挖好的暗渠，引水下流，流出山地区域，进入人们的生活区。人们在挖好水渠，等待暗渠的水流到地面，变成明渠，同时在地表修建具有蓄水和调节水作用的涝坝。这种大大小小的蓄水池将水蓄积在涝坝，哪里需要用水，就把水送到哪里。就这样，一个无动力吸水设施，一个完整的蓄水、浇灌、维修体系就形成了。