主な水域別の積は次のとおり。西浦(172平方キロメートル)北浦(36平方キロメートル)外浪逆浦(6平方キロメートル)常陸利根川(6平方キロメートル)なお、平野部に位置するため流域面積は2156.7平方キロメートルと広く、茨城県の面積の約3.5%を占める。水際線延長は249.5キロメートルで、これは日本最大面積の湖である琵琶湖(235.0キロメートル)の水際線延長を超える。平均水深は約4メートル、最大水深は約7メートル、年間流下量は約14億立方メートル、貯留量は約8.5億立方メートル。太平洋岸気候区にあるため、梅雨期と台風による降水が多く、冬は晴天が多く降水量が少ない。周辺では冬に「筑波颪(つくばおろし)」と呼ばれる強い北西の季節風が吹く。流域の年間平均降水量は約1,300ミリメートルで全国平均(約1,780ミリメートル)に比べると少なめである。北には涸沼があり、南には利根川が流れ、北西には八溝山地の南端にあたる筑波山(標高877メートル)を擁している。周辺は、台地と低地が入り組んだ場所が多く、筑波山は周辺の最高点であるため潮来市など比較的遠く離れた場所でもよく望むことができる。西浦と北浦の間の大部分は、海抜30m程度の行方台地となっており、広大な農業地帯である。元々は「浦」という名前が示すように海の入り江に由来し、砂州や河川堆積物によって出口を閉ざされたラグーンである。そのため、時期や場所によって塩分濃度に違いはあるものの、かつての湖水は塩分が混じる汽水であった。1950年代から1960年代には、下流の河川改修(浚渫)の影響で海水が遡上し、近年ではもっとも汽水化が進んだ時期だった。当時を知る人々にとって「汽水湖」という印象が強いのはそのためである。1963年に治水と塩害防止を目的にして竣工した常陸川水門(逆水門)を利用することで淡水化が進行した(詳しくは霞ヶ浦の歴史を参照)。