鹹海位於哈薩克和烏茲別克之間。北部和東部湖岸曲折，分佈有許多小湖灣和沿岸島嶼，西岸為陡岸。湖內可通航，通航期7個月。鹹海是在上新世(700萬~250萬年前)末期形成的，當時地殼下沉，地面水匯瀦，是海侵的遺蹟。從更新世(250萬~1萬年前)以後，錫爾河與阿姆河的河水都注入鹹海，使水位經常保持不變。

鹹海海拔53米，湖面最大時南北長435公里，東西290公里，面積69000平方公里，平均深度16米，在西海岸外最深處達69米，曾是世界第四大湖。這幾乎相當於斯里蘭卡的國土面積。其支流的三角州有幾十個小湖，生態豐富的沼澤和溼地遍及55萬公頃。

在全盛時代，鹹海曾經有發達的漁業，沿岸的從業者超過4萬人，捕撈量佔前蘇聯總捕魚量的1/6。鹹海的英文名字“Aral Sea”可以大致翻譯成“島之海”，因為它曾經在一公頃的範圍內有過1500個島。

北岸地勢高低不均，海岸線曲折，有許多大大小小海灣。東海岸的北部是巨大的錫爾河三角洲，南海岸也有同樣大的阿姆河三角洲，西海岸是烏斯秋爾特高原。海岸線一帶有海洋沉積層和大陸沉積層，湖底平坦，從東到西傾斜，湖底沉積有石英石、石灰石、沙、黏土和黏土-石灰石淤泥，都是河道急流沖刷和風、冰侵蝕海岸而產生。

早在沙俄時期，就夢想在中亞地區開墾荒地、擴大水澆地種植棉花，以解決棉花依賴進口的問題。1906年就有人曾提出用阿姆河水開發卡拉庫姆沙漠東南部的設想，但限於當時條件該設想未能實施。1918年，剛成立的蘇維埃政府設想將鹹海南部的阿姆河和北部的錫爾河改道，以灌溉水稻、瓜類、穀子和棉花。這是前蘇聯的“棉花計劃”，或者叫“白金計劃”的一部分。當時計劃的制訂者希望棉花能成為新興的蘇維埃國家重要的出口產品。，1925年，為發展中亞經濟，修建卡拉庫姆調水工程動議又被提出，經大批專家實地考察、調研、論證，調水工程於1954年正式開工。工程目標是將阿姆河和錫爾河天然水道改道，引入土庫曼東部和烏茲別克中部，以擴大水澆地面積。為此專門修建了卡拉庫姆列寧運河，該運河東從阿姆河（凱爾基市開始），把阿姆河的水從上游截出，經過土庫曼首都阿什哈巴德向西延伸，總長達1400公里，運河可灌溉350萬公頃的荒漠草場和100萬公頃的新墾農區，改善700萬公頃草場的供水條件。這是一個世紀性的工程，蘇聯幾代人都在為此而努力。

運河於1960年代建成後，成千上萬的移民來到阿姆河、錫爾河及新運河流域，開墾和灌溉了660萬公頃的水田和棉田，使該流域成為新的糧棉生產基地。卡拉庫姆列寧運河是最主要的調水工程，以新運河為代表的調水工程建成後該地區棉花豐收，水稻高產，農業出現連年躍進局面，農作物年產量比調水工程興建之前提高4倍。至1980年，前蘇聯棉花年產量達996萬噸，佔世界總產量的 20%，其中 95%產於該地區。當時，全蘇聯40%的稻穀，25%的蔬菜、瓜果，32%的葡萄也產於該地區。農業生產的豐收促進了該地區經濟的發展，人口也迅速增長，已由上個世紀二十年代前700萬人猛增到3600多萬人。通過對大自然的改造，獲得了難以想象的巨大收穫，這真是一個世界奇蹟。

隨著蘇聯解體，中亞地區作為曾經蘇聯的一部分宣告獨立，一下子分成五個國家，原先由中央同意調配的河流被各個國家無限制開發，尤其是上游國家大量攔截河水種植農田作物，導致流入鹹海的水量急劇減少，最後阿姆河直接斷流，錫爾河間接性斷流，導致鹹海加速乾涸。

反觀伊犁河，這條中亞地區水量最大的河流，處於上游的中國依然是大片牧場，並沒有攔截河水來大量開墾農田，導致蒸發量巨大的巴爾喀什湖一直水量充沛，伊犁河畔的中亞的最大城市，擁有一百多萬人口的阿拉木圖也是欣欣向榮，從來沒有出現缺水問題，現在哈薩克一直很親近中國，也是有這一塊的因素。

鹹海的大面積乾涸，一方面引起湖水含鹽濃度增加，從1960年的11克/升增加到2001年的68克/升；另一方面導致湖底鹽鹼裸露，在風力作用下，大量鹽鹼撒向周圍地區，使鹹海周圍地區的沙質平湖平原逐漸沙漠化，流沙迅速發展，形成“白風暴”（含鹽的風暴）和鹽沙暴，每年要發生幾十起鹽沙暴。

進入21世紀，哈薩克政府採取行動，致力於拯救北鹹海。該國政府重修了錫爾河的水渠，減少了水流的浪費。2003年，該國政府又修建了大壩，它阻斷了鹹海兩部分的流通，以保護北鹹海。

北鹹海恢復的速度讓人喜出望外。北鹹海的深度已經從不到30米上升到了38米，達到42米的合理深度指日可待。現在，這裡恢復了漁業生產，許多漁夫恢復了他們一度中斷的工作，捕到的魚還被出口到烏克蘭。這種變化甚至可能使多年不見的積雨雲又回到這個地區，給當地農業的復甦帶來一線希望。但是北鹹海的面積只有鹹海全盛時期的1/20，湖水含鹽量也很高，鹹海這個原先的世界第四大湖泊，要想恢復原貌任重而道遠。