东洞庭湖为一个完整的外流型淡水湖。它接纳湘、资、沅、澧四水和长江三口的分流，由岳阳城陵矶泄入长江。年平均径流量为3035万立方米。盛水期6～8月，枯水期为12月至第二年3月，水深4～22米，最大水位高差为17.76米。东洞庭湖的西部和南部边缘系河湖物淤积而成的平原、沼泽，海拔35米以上坡度小于3°。年均温4～4.5℃，年降水量1200～1300毫米，土壤为河湖淤积土。
保护区有越冬鸟类16目41科158种，每年冬季和夏季，洞庭湖栖息鸟类在1000万只以上。其中水禽有110多种，鸭、雁类占55％，鹤、鹭类占10.8％，其他占34.2％。鱼类有23科114种，贝类有40多种，其中三角帆蚌、皱纹冠蚌是养殖珍珠的主要贝源。另外还有螺虾类及龟鳖等名贵水生动物。保护区有国家一级保护鸟类６种，白鹳、黑鹳、白头鹤、白鹤、中华秋沙鸭、大鸨。大鸨的最高纪录17只，黑鹳13只，白鹤37只，白鹳数量多，有800多只，白头鹤有159只。二级保护鸟类有天鹅、鸳鸯、白琵鹭、小白额雁、白枕鹤、灰鹤等26种。
1988年2月，国际鹤类基金会王席阿其波博士来到洞庭湖，看到800只白鹤，竟然兴奋到草地上打滚、跳舞。全世界有白鹤2000多只，没想到洞庭湖竟有800多只。
保护区内经常发现中华鲟、白鳍豚、江豚等珍贵动物。自华容县的塔市驿，经岳阳的城陵矶到临湖县的太平口，全长165公里，是白鳍豚活动频繁的区域。
东洞庭湖水生植物有40科131种。区内君山小岛有60多科250种。岛东南面有冬青、石楠、紫薇等与毛竹混生，西端及龙尾坡上有八角枫、杜英、疏菜卫予、榔榆等，竹类有20多种，如：毛竹、刚竹、桂竹、紫竹等。君山的“银针”茶叶誉满中外。
