洞庭湖大致可分为东洞庭湖、南洞庭湖和西洞庭湖三部分。东洞庭湖位于华容县墨山铺、注滋口，汨罗市磊山，益阳市大通湖农场之间。南洞庭湖跨岳阳市境与益阳市之间，指赤山与磊石山以南诸湖泊。西洞庭湖，在益阳市、常德市境，指赤山湖以西诸湖泊。
洞庭湖水系由面积2691平方公里的洞庭湖和入湖的湘江、资水、沅江、澧水4条河流和直接入湖的汨罗江、新墙河等中小河流组成。水系来水经湖南省城陵矶注入长江。流域面积26.28万平方公里，占长江流域总面积的14.6% 。
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米左右的岛状山地突起。
