艾丁湖地处吐鲁番盆地南麓，南距吐鲁番市区约30公里，湖盆东西长约40公里，南北宽约8公里，面积随季节变化显著，丰水期可达200多平方公里，枯水期则可能缩至几十平方公里甚至干涸。由于吐鲁番盆地属于典型的大陆性干旱气候，年降水量仅十几毫米，而蒸发量高达3000毫米以上，极端干旱的环境导致艾丁湖的湖水主要依赖周边高山融雪和地下水补给，且湖水含盐量极高，属于内陆咸水湖。
湖盆四周为戈壁滩和盐碱地，地表覆盖着厚厚的盐壳，湖心区域常见结晶的盐霜和盐沼。特殊的地理环境造就了艾丁湖独特的生态系统，虽然植被稀少，但生存着一些耐盐碱的动植物，如盐角草、卤虫等，成为研究干旱区生态的重要样本。近年来，当地通过水资源调控和生态保护措施，艾丁湖的湖面面积逐渐趋于稳定，其独特的地貌和科研价值也使其成为吐鲁番重要的自然遗产。
艾丁湖不仅是中国海拔最低的湖泊，也是世界上海拔较低的内陆湖之一，其地质演变过程记录了吐鲁番盆地的气候变迁和地质运动，具有重要的科学研究意义。