巴尔喀什湖位于哈萨克东部。海拔342米，东西长605千米，最宽处74千米。面积18000～19000平方千米，随水位高低而变化。萨雷姆瑟克半岛从南岸伸向北岸，把湖面分为两个水域，西半部广而浅，东半部窄且深。西湖宽27千米～74千米，水深不超过11米，东湖宽10千米～19千米，水深达26米。
伊犁河从南面注入湖的西半部，占总流入水量80％～90％，直至20世纪末一项水电计划后，减少了河水流入的水量。20世纪30年代起在湖中养鱼，发展渔业，湖上有货轮来往。炼铜厂建立后，巴尔喀什城在湖北岸兴起。南岸伊犁河下游农牧业（种植水稻、养牛）发达。1970年伊犁河上建成卡普恰盖水力发电站。水库蓄水后，1970～1987年巴尔喀什湖的水位降了2.2米。湖水也日益盐化，并遭到沿岸存放燃料库外泄以及采铜和加工之污染。整个湖区属温带干旱、半干旱气候，年平均水温西部为10℃，东部为9℃，年降水量约430毫米，年均降水量120毫米，11月底到4月初湖面冻结。湖区是哈萨克斯坦旅游疗养地。东西两端湖滨有铁路干线通过。湖沿岸蕴藏有铜矿和铁矿。
巴尔喀什湖位于亚洲中部，是一个内陆冰川堰塞湖。流经中国新疆的伊犁河，接纳了大量的来自天山的冰雪融水注入巴尔喀什湖西部，占总入水量的75％～80％，而湖东部因缺少河流注入，加之湖区气候干旱，远离海洋，湖水大量蒸发而使湖水含盐量增多，因而形成了西淡东咸的一湖两水现象。而产生这一罕见奇特现象的原因得从巴尔喀什湖所处的地理位置来看，该湖地处中亚心腹地带，气候极度干燥，降水稀少，蒸发旺盛，本应形成内陆咸水湖泊。但是，巴尔喀什湖有其特殊之处。其一，在湖泊西半部，发源于天山山脉的伊犁河自东而西注入该湖。伊犁河源远流长，水量较大，构成巴尔喀什湖主要水源，平均含盐量仅有1.48‰。而湖泊东半部仅有湖东岸的巴尔喀什湖盆地与阿拉湖盆地接壤处；北岸同哈萨克丘陵毗连，是岩石高地，有古代阶地的痕迹；南岸是低凹的沙地，芦苇丛生，中多小湖沼，经常被湖水淹没，日益沙漠化。因没有大河注入，其蒸发量大大超过河水补给的数量，平均含盐量也达到10.42‰。这是造成巴尔喀什湖东西两半部咸淡明显不同的根本原因。其二，巴尔喀什湖是一个东西狭长的湖泊。从地图上量算，东西长约600千米，南北最窄处只有十几千米。这就影响湖水水体的交换，东部的咸水和西部的淡水间无法很好的相互交流。这是巴尔喀什湖水东西两半部不同的又一个原因。因此，巴尔喀什湖在世界内陆湖泊中是一种十分罕见的湖泊。
巴尔喀什湖区地层多碳酸盐沉积，动物繁多，特别在芦苇丛中有大量鸥、野鸭和鸬鹚，此外多天鹅、鹈鹕、雉和鹧鸪。野兽有野猪、狼、狐狸和野兔等。湖中有20种鱼类，有6种是这里的特产，其余是人工养殖的，包括鲤、鲈、鳊、鲟、狗鱼、弓鱼等。由于湖水污染，鱼数量减少，现在大部分的鱼类已禁止捕捞。
巴尔喀什湖是世界上极少数有咸淡湖水分别占半的湖。因为湖东西两部分有湖峡水道相连，所以在定义上是一个湖。
随着中亚地区和中国新疆的工业和农业和城市化发展，中亚地区的用水量日增。包括咸海和巴尔喀什湖都严重受到“灭湖”的威胁。巴尔喀什湖湖水还受到了哈萨克斯坦的工业严重污染。现已受到哈国有关部门的关注。