洞庭湖自古为五湖之首，是中国水量最大的通江湖泊，由于自然因素和人为因素的相互作用、相互制约，洞庭湖经历了由小到大、再由大到小的演变过程。至1949年，减至4350平方公里；至1983年，据湖南省水电勘测设计院量算测绘的《洞庭湖高程、面积、容积曲线图》计算，已减至2691平方公里。20世纪90年代末，据水利部门测算，有面积2579.2平方公里（一说2740平方公里 ）；但它还有湘、资、沅、澧四水和“长江四口”1300多平方公里洪道面积（一说1.878万平方公里 ）。两者合计，仍有3879.2平方公里，面积多于鄱阳湖近400平方公里。湖盆周长为803.2公里，总容积220亿立方米，其中天然湖泊容积178亿立方米，河道容积42亿立方米。1998年洪水期间，以城陵矶（莲花塘）实际水位35米，洞庭湖容积则多达228.77亿立方米，其中天然湖泊容积230亿立方米。河道容积50亿立方米；年均入湖径流量3018亿立方米，是鄱阳湖的3倍、太湖的10倍。（在岳阳水位（黄海基面）33.50米时，湖泊容积167亿立方米，湖体水域面积2691平方公里，洪道面积1300平方公里，总计3991平方公里。 ）。它的具大蓄洪能力，曾使长江无数次的洪患化险为夷，江汉平原和武汉三镇得以安全渡汛。无论是调蓄面积还是调蓄水量，仍然为长江流域最大的调节湖泊，是国内第一大淡水湖。1978年后，有人称它为国内第二大淡水湖，值得商榷。
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1100～1400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。洞庭湖北有分泄长江水流的松滋、太平、藕池、调弦（1958年堵口）四口；东、南、西三面有湘、资、沅、澧等水直接灌注入湖，形成不对称的向心水系，水量充沛，年径流变幅大，年内径流分配不均，汛期长而洪涝频繁。城陵矶多年平均径流量3126亿立方米，最大年径流量（1945）5268亿立方米，最小年径流量（1978）1990亿立方米。汛期（5～10月）径流量占年均径流量的75%；其中四口1164亿立方米，占汛期径流总量48.5%。洞庭湖水位始涨于4月，7～8月最高，11月～翌年3月为枯水期。多年最大水位变幅，岳阳达17.76米。素有“洪水一大片，枯水几条线”，“霜落洞庭干”之说。1954年长江中游出现特大洪水，洞庭湖尚能削减洪峰，显示湖泊调蓄功能。然而，众水汇聚湖中，仅有城陵矶一口流出，洪水停蓄时间长，泥沙大量沉积，多年平均入湖泥沙1.335亿立方米，其中来自长江的达1.18亿立方米，占82.0%，来自四水的0.241亿立方米，占18%，而城陵矶输出量只占入湖泥沙量的25.1%，淤积在洞庭湖的泥沙占入湖泥沙总量的73.4%，达0.984亿立方米。年均淤积量较鄱阳湖大十几倍。20世纪70年代以后，三口口门淤高，入湖水量减少，但沅、澧洪道自然洲土增长殊巨，目平、七里湖淤高各达2～4米，南洞庭湖北部淤高2米，东洞庭湖注滋河口东伸，飘尾廷伸至君山。因此，西洞庭湖蓄洪能力基本消失，南洞庭湖南移，东洞庭湖东蚀，调蓄功能趋向衰减。
洞庭湖，水质清洁，富营养化不明显，主要污染物通过降水使大气层中的有害物质随雨水入湖，是污染物质进入湖水的途径之一，随雨水进入洞庭湖的主要物质是SO、Co、NoX以及烟尘，有害有毒物质主要有汞、镉、六价铬、砷、铅、酚、氰化物、硫化物；洞庭湖是我国主要淡水商品鱼基地，现有鱼类113种，分属11目22科，其中102种是与长江上游共有的，其中鲤科鱼类65种，鮠科10种，鳅科9种，鳍科6种，银科3种，鲇科、鮡科各为2种，其他16种。渔获量在15000到30500吨，主要经济鱼有青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼、鲤、鲫、赤眼鳟。
