位于青海省东北部的青海湖古称西海，蒙语叫做“库库诺尔”，藏语叫“错温布”，均表示“蓝色湖泊”之意。湖区为群山环绕，北面及东面是祁连山脉的大通山、同布山及日月山，海拔在4000～4500米之间；南面及西南面为青海南山，海拔在4 000米以上。中央为青海湖盆地，青海湖即位于盆地的最低洼处。
青海湖轮廓似梨形，东西长106公里，南北宽63公里，周长360公里，面积4 200平方公里，是中国最大的咸水湖。湖水最大深度28.7米，平均深度17.6米，蓄水量为742亿立方米。根据古湖岸线分布的高度和位置推算，现在的青海湖水位比成湖的初期约下降了100余米，面积缩小了1/3以上。
青海湖的流域面积34 950平方公里，流域内有大小入湖河流40余条。最大的入湖河流是位于湖西的布哈河，全长300余公里，集水面积16 570平方公里，年径流量10.64亿立方米，占入湖总径流量的2/3左右。其他较大的入湖河流是乌哈阿兰河、沙柳河、哈里根河、甘子河、倒淌河及黑马河等。
青海湖区地处内陆高原，为典型的大陆性气候，干燥寒冷且变化剧烈。湖区多年平均降水量在380毫米上下，降水量比较集中在夏季，占全年降水量的2/3左右，由于气候的这一特点，所以入湖河流多为间歇性河流。据分析，湖泊每年亏损水量约5.77亿立方米。这是导致湖泊水位下降、湖面收缩变小和湖水含盐量不断增加的原因。湖泊水质分析表明，湖水的矿化度已达12.3～15.5克/升。
湖区气温以1月份最低，最低值可达-30℃。每年11月湖泊进入冰期， 12月上旬形成稳定冰盖，冰厚一般可达50厘米，稳定冰盖形成以后，全湖可履冰而行，近岸地带通行卡车亦安然无恙。翌年3月中旬后，由于气温回升，冰盖消融破裂，湖面出现浮冰。浮冰在风力的推动下，可汇聚成巨大的冰丘而推向岸边，最大冰丘体积可达10余立方米。4月中旬以后，冰块方消融殆尽。每年7月出现年内最高气温，温度可达28℃。
青海湖是由于断裂作用而形成的构造断陷湖，成湖于第四纪的早—中更新世期，距今大约200万～20万年。
青海湖在成湖的初期，是一个烟波浩渺的外流淡水湖。它汇纳流域内大小河流的来水，再由东南部的倒淌河谷穿野牛山汇入贵德县西北部的曲乃亥河，尔后注入黄河。新中国成立后，为揭开青海湖的早期面目，科学工作者作了大量调查，并在倒淌河下游谷地进行了钻探，发现这一地带的早—中更新世期，主要是浅水湖泊相的沉积物，从而证实了古青海湖的这一性质。
古青海湖形成以后，由于新构造运动，湖泊周围逐渐隆起，湖东部的日月山、野牛山和加拉山等上升幅度最大，终于战胜水流的下切，而将湖水外泄的“咽喉”堵塞，遂成为一个闭塞的内陆湖，湖泊水位因此上升。加之当时气候向温暖潮湿转化，入湖径流量增多，湖面扩大。其范围，西北可抵天峻一带，东南直拍野牛山麓，水深在150米以上。
进入全新世以后，湖盆周围继续隆升，气候复趋干燥，入湖径流量减少，强烈的蒸发作用使湖面逐渐缩小。原为湖水所淹没的水下岭脊，有的出露于水面之上而成为湖中的孤岛，有的脱离湖体成为湖畔孤山。
到了近代，青海湖更进一步地缩小。根据古湖堤的遗迹和历史记载，湖水在东西方向上退缩的距离至少在20公里以上。现今分布于湖东部的两个子湖——耳海和尕海，就是青海湖在不断缩小过程中，从“母体”所分化出来的两个残留水体。
青海湖的鱼类极为单纯，经济鱼类仅青海湖裸鲤一种。这是一种高原冷水性鱼类，体无鳞，背部黄褐色，腹部浅黄色，习称湟鱼，富脂肪，肉质细嫩，为西北地区水产佳品，最大个体可达20市斤以上。由于湖泊水温低，青海湖裸鲤生长的速度相当缓慢，体重达到1市斤的鱼，约需生长12年。性成熟的亲鱼，每年3～8月溯河而上，在河滩产卵，其中布哈河是该鱼的主要产卵场所。