西北区现有的984.25×104hm2耕地中，约有442×104hm2分布于绿洲中。其中新疆为314×104hm2，甘肃河西地区为95.24×104hm2，宁夏32×104hm2，它们已成为我国重要的粮食、棉花、油料和糖料基地。而绿洲农业的迅速发展，则主要得益于20世纪50年代以来空前规模的农垦事业。早在汉代，西北区就已开始屯垦。近半个世纪以来，生产建设兵团、农建师或农垦局在西北开辟了大片新垦区，建立了近500个国有农场。这些农场都有完善的防护林网和灌溉渠系，实行机械化耕作，大力推广农业科学技术，不仅成为西北区现代化农业生产的重要力量，还成为周围农民学习的榜样。
绿洲粮食作物主要有小麦、玉米和水稻等。冬小麦分布于塔里木盆地西部和北部、准噶尔盆地南部、伊犁谷地、甘肃渭河流域、西秦岭、宁夏南部。春小麦分布于准噶尔、河西走廊、甘肃中部和宁夏平原。水稻在干旱区分布于河流沿岸绿洲，在湿润半湿润区则分布于山间盆地和谷地，全区粮食产量已达1716.1×104t（1996）。棉花广泛分布于西北大部分绿洲，而以新疆玛纳斯河流域、吐鲁番盆地、喀什三角洲及塔里木盆地南北缘绿洲为主。二十年前种植面积尚只有40～50×104hm2，目前已增至80×104hm2左右。1996年产量约96.6×104t，1997年猛增到135万多吨，几占全国产量的1/3，并以质量优良著称。甘肃、宁夏棉花产量很少，但敦煌近年引种彩色棉成功，为未来的棉花生产开辟了一条新路。
油料作物以向日葵和油菜为主，还有胡麻、芝麻、花生等品种，商品油产区主要是焉耆盆地、拜城盆地、乌什河谷、伊犁河谷、博乐塔拉河谷、塔城盆地、河西走廊等，但产量在全国所占份额不足4％。糖料作物以甜菜为主，近半个世纪以来发展迅速，主要分布区为沙湾、石河子、呼图壁一带，此外还有伊犁谷地、塔城盆地、焉耆盆地、河西走廊及宁夏平原，年产量达520.1万吨，约占全国6.2％。
由于光照充足和日温差大，西北区还富产甜而多汁的优质瓜果。其中许多品种在国内外享有盛誉，如吐鲁番无核白葡萄、伊犁苹果、库尔勒香梨、库车白杏、哈密甜瓜、阿图什无花果、喀什和叶城的巴旦杏、敦煌李广杏和鸣山大枣、民乐苹果梨、民勒黄河蜜瓜等。
啤酒花在西北大规模种植的历史虽然只有40年，但目前种植面积和产量均占全国80％～ 90％，绝大部分产于新疆，河西走廊也少量生产。枸杞也是西北区的一大特色产品，主产于宁卫平原和银川平原。
除绿洲外，西北区有过半耕地分布于半湿润、半干旱的浅山区、黄土丘陵和河谷地，主产小麦、水稻、玉米、糜、马铃薯等粮食作物，花椒等经济作物，油菜、向日葵等油料作物。其中除少数地区可引河水灌溉外，大部因地高水低，地形破碎，只能进行旱作，产量一直低而不稳，成为贫困地区。近年采取覆盖地膜、集雨灌溉、修建水平梯田、建塑料大棚、培育耐旱品种等措施，显著提高了产量。