洞庭湖位于荆江南岸，湖南省的北部，界湘、鄂两省之间，面积辽阔，是中国五大淡水湖之一。洞庭湖东、南、西三面环山，北部敞口的马蹄形盆地。西北高，东南低；湖面海拔平均33.5米，其中西洞庭湖35～36米，南洞庭湖34～35米，东洞庭湖33～34米，平均水深6～7米，最深处30.8米，总面积约2691平方千米，其中西洞庭湖345平方千米，南洞庭湖917平方千米，东洞庭湖1478平方千米，湖水蓄量178亿立方米；底质多泥或淤泥型；主要入湖河流有湘江、资江、沅江、澧江四水、长江三口、汨罗江、藕池东支、华容河。洞庭湖像一个巨大的水库，容纳湖南四水的水量并起着吞吐长江洪水的作用。
湖南境内所指的洞庭湖区。习惯上把湘、资、沅、澧四水尾闾受堤防保护的地区都计算在内。因此，就行政范围来说，它包括19个县、7个市、15个国营农场的全部或一部分，其中，纯湖区包括有常德、汉寿、华容、望城等12个县，常德、益阳、岳阳、津市4个市和15个国营农场。
现在洞庭湖区的范围，北至荆江，西至澧县、常德，南至沅江、汉寿、益阳，东至湘阳、汨罗、岳阳，面积约为18780平方千米，地势北高南低，天然湖泊面积约为2691平方千米（元明到清代中期面积为6270平方千米，1949年为4700平方千米），洪水时期，一片汪洋，枯水时期，洲滩毕露。据自然形态划分为东洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖、目平湖及其他小湖泊。洞庭湖区北通长江，内联“四水”，湖泊星罗棋布，河渠纵横交错，干支流相连成为湖南省水运的中心。洞庭湖水系的补给多以雨水为主。长江水量经三口分流入湖；湘、资、沅、澧四水水量充沛，对湖泊的补给量也大。其水量平衡的特点是：出入湖泊径流量所占比重很大，洞庭湖的入湖径流量与出湖径流量均分别占全湖水量总出入的90％以上，湖面降水与蒸发所占比例相对很少。另一个特点是，两者数量几乎相近，即出口水量与入湖水量为1.04：1.15，说明湖泊吞吐量接近。
湖水经城陵矶排入长江。通常年份，四口与四水入湖洪峰彼此错开。因而有“容纳四水”、“吞吐长江”的调节作用，减轻了长江中游的洪水压力。若出现“江湖并涨”，就易泛滥成灾。1952年兴建荆江分洪工程和蓄洪垦殖区，使部分洪水泄入分洪区，并整修了湖区堤垸水道，减轻了洪水对洞庭湖区的威胁。
由于四水和四口携带大量泥沙，每年约有1.28亿吨泥沙淤积湖底，又因湖滨土质肥沃，人们不断围垦，近百年来湖盆已显著收缩。洞庭湖原为中国第一大淡水湖，现已退居第二。1825年时湖水面积约6000平方千米，1890年为5400平方千米，1932年为4700平方千米，1960年已减为3141平方千米。前些时以湖面高程34.5米计，湖水面积已减为2820平方千米。由于近年来加强了对湖泊区域的保护，实行退耕还湖，现已使湖泊面积增至为3968平方千米。
洞庭湖是燕山运动断陷所形成，第四纪至今，均处于振荡式的负向运动中，形成外围高、中部低平的碟形盆地。盆缘有桃花山、太阳山、太浮山等500米左右高的岛状山地突起，环湖丘陵海拔在250米以下，滨湖岗地低于120米者为侵蚀阶地，低于60米者为基座和堆积阶地；中部由湖积、河湖冲积、河口三角洲和外湖组成的堆积平原，大多在25米～45米，呈现水网平原景观。分为西、南、东洞庭湖。湖底地面自西北向东南微倾。
湖区年均温16.4℃～17℃，1月3.8℃～4.5℃，绝对最低温-18.1℃（临湘1969年1月31日）。7月29℃左右，绝对最高温43.6℃（益阳）。无霜期258～275天。年降水量1100毫米～1400毫米，由外围山丘向内部平原减少。4～6月降雨占年总降水量50%以上，多为大雨和暴雨；若遇各水洪峰齐集，易成洪、涝、渍灾。
洞庭湖，先秦至汉晋时期，因河流入湖三角洲不断向湖中伸展，湖面分割缩小，湖区边缘出现洲滩与分隔的湖群。4～19世纪，洞庭湖继续缓慢沉降，洞庭湖水系受长江分流南下影响，洞庭湖一直向东扩展。清道光年间（1821～1850年）洞庭湖到达全盛时期，周长400余千米，洪水湖面达6000余平方千米。百余年来，长江数次大水往南溃决，形成四口分流局面，江水挟带大量泥沙入湖。湖泊迅速淤塞萎缩，现有水域不及全盛时期之半。20世纪80年代以来，西洞庭湖和南洞庭湖（北部）正向沼泽化演变。
洞庭湖湖滨平原地势平坦，土地肥美，气候温和，雨水充沛，盛产稻米、棉花。湖内水产丰富，航运便利。
洞庭湖区经1954年、1964年和20世纪70年代三阶段以治水为中心的农田基本建设，已成为中国重要的商品粮基地之一、重点淡水渔区之一。湖泊以定居性鱼类为主，有咸淡水洄游性鱼类和江湖半洄游鱼类114种，主要经济鱼类有草、鲢、鳙、鳊、鲂、鳜等12种。芦苇遍布湖洲，面积6万公顷，90％用于造纸。洞庭湖区有通航河道147条，通航里程3276千米，常年通航河道75条，其中主要航道16条计996千米。此外，城陵矶于1980年改为外贸港，设计吃水能力200万吨。
滨湖的风光极为秀丽，许多景点都是国家级的风景区，如岳阳楼、君山、杜甫墓、杨么寨、铁经幢、屈子祠、跃龙塔、文庙、龙州书院等。在东洞庭湖与长江的接界处——城陵矶，有一块名为三江口的地方。从此处远眺洞庭，但见湘江滔滔北去，长江滚滚东逝，水鸟翱翔，百舸争流，水天一色，景色甚是雄伟壮观。刘海戏金蟾、东方朔盗饮仙酒、舜帝二妃万里寻夫的民间传说等源于此地。
湖中最著名的是君山，君山风景秀丽。它是洞庭湖上的一个孤岛，岛上有72个大小山峰，这里每天有渡轮来往，航程大约1小时。游览群山需要用1天时间，早上去，下午返。既去了君山，又可畅游洞庭湖，真是一举两得。君山原名洞庭山，是神仙洞府的意思。相传4000年前，舜帝南巡，他的两个妃子娥皇、女英追之不及，攀竹痛哭，眼泪滴在竹上，变成斑竹。后来两妃死于山上，后人建成有二妃墓。二人也叫湘妃、湘君，为了纪念湘君，就把洞庭山改为君山了。现有古迹二妃墓、湘妃庙、柳毅井、飞来钟等。君山的竹子很有名，有斑竹、罗汉竹、方竹、实心竹、紫竹、毛竹等。这里每年都举办盛大的龙舟节、荷花节和水上运动会。