赛里木湖位于天山支脉博罗科努山西段，是断裂下陷而形成的山间盆地，东距博乐市区100千米，南距霍尔果斯口岸86千米。

赛里木湖东西最长约30公里，南北最宽约27公里，面积约458平方千米。
赛里木湖水面海拔约2073米，平均深度56米，最大深度约110米，蓄水量约261亿立方米。

赛里木湖的水源来自附近高山积雪融水，湖泊没有出口，是内流湖。赛里木湖水盐度为2.85 ‰，属微咸水。有人怀疑赛里木湖底有地下河，湖水通过地下暗河流出部分，否则其盐度不会这么低。

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