Аумағы жөнінен Каспий, Арал теңіздерінен кейінгі үшінші орында. Алматы, Жамбыл, Қарағанды облыстарының шегінде, Балқаш-Алакөл ойысында, теңіз деңгейінен 340 м биіктікте жатыр.
Ауданы құбылмалы: 17 – 22 мың км², ұзындығы 600 км-ден астам, ені шығыс бөлігінде 9 – 19 км, батыс бөлігінде 74 км-ге жетеді. Суының көлемі шамамен 100 – 110 км3. Су жиналатын алабы 500 мың км²-ге жуық. Орташа тереңдігі 6 м, ең терең жері 26 м. Балқаштың батыс бөлігіне Іле (жер бетімен келетін судың 78,2%-ын береді), шығыс бөлігіне Қаратал (15,1%), Лепсі (5,4%), Ақсу (0,43%) өзендері құяды. Солтүстіктен ағатын Аягөз, Бақанас, Тоқырауын, Жәмші, Мойынты, т.б. өзендер әдетте көлге жетпей сарқылады. Көлдің солтүстік жағалауы Сарыарқаның ұсақ шоқылы тау сілемдерімен ұштасып жатқандықтан, биік жарқабақ болып келеді және көптеген жыра-жылғамен тілімденген, ал оңтүстік жағалауы – суы біртіндеп тартылған кезде жиналған шөгінділерден пайда болған құмды ойпат. Көлдің көптеген шығанақ, қойнаулары бар, аралдары аз, үлкендері: Басарал, Тасарал. Балқаш туралы алғашқы жазба деректер 13 ғасырдан белгілі. Көлді тиянақты зерттеу 17 ғасырда басталды. Орыс картографы және тарихшысы Семен Ремезов 1695 жылы «Бүкіл Сібір жері мен қалаларының сызбалары» («Чертежи всех сибирских городов и земель») атты атласында Балқашты «Теңіз» деген атаумен көрсеткен. 18 ғасырдың басында көлде геодезиялық өлшеу жұмыстары жүргізілді. Балқаш 19 ғасырда Клапроттың (1836) және швед картографы Иоганн Ренаттың (Жоңғарияның картасын жасаған) карталарында бейнеленді. Пауль Рихтгофен (1877) мен Александр Гумбольдтың (1844) еңбектерінде Балқаш туралы деректер бар. Балқашты зерттеуге Ресей ғалымдары да (Иван Мушкетов, Лев Берг, т.б.) ат салысты. Қазақтың ұлы ғалымы Шоқан Уәлихановта Балқаш алабын зерттеп, сипаттаған. 1920 жылдан бастап Балқаш көлін кешенді зерттеу басталды, көптеген экспедициялар ұйымдастырылды. Көлдің экологиялық жағдайын, суының химиялық құрамын, өсімдік, жануарлар дүниесін, алабының физикалық-географиялық сипатын зерттеумен 1970 – 90 жылдары ххҚазақстан Ғылым академиясының институттары, Қазақ балық шаруашылығы ғылыми-зерттеу институты, Қазақ ххгидрометеорологияъъ ғылыми-зерттеу институты, бірнеше жобалау институттары, т.б. айналысты. Бұл жұмыстардың нәтижесінде көлдің табиғи орнықтылығын сақтап қалуға бағытталған нақты шаралар белгіленді, олардың біразы жүзеге асырылып, көл деңгейінің құлдырауы тоқтады. Көл шөл және шөлейт климаттық белдеуде орналасқан. Қаңтардағы орташа температура –15 – 170С, шілденің орташа температурасы 240С. Жауын-шашынның көп жылдық орташа мөлшері 120 мм. Ауаның салыстырмалы ылғалдылығы 55 – 66%, желдің жылдық орташа жылдамдығы 4,5 – 4,8 м/с. Жел көлдің батыс бөлігінде көбінесе, солтүстіктен, шығысында – солтүстік-шығыстан соғады. Осы себепті көлде үнемі күшті толқын болады. Жаздағы булану ауа райына байланысты 950 мм-ден 1200 мм-ге дейін ауытқиды. Көл беті көбіне қарашаның аяғында қатып, сәуірдің ортасында мұзы ериді. Мұздың қалыңдығы кей жылдары 150 см-ге жетеді. Таудағы мұздықтар еріген кезде (маусым – шілде) су деңгейі біраз көтеріледі. Көп жылдық су деңгейі тербелісінің мөлшері үш метрден асады. 20 ғасырда Балқаш көлінің деңгейі 1908 және 1961 жылы көтеріліп, 1946 және 1987 жылы төмендегені байқалды.
