洞庭湖流域即洞庭湖水系流经的广大地区，流域多年平均年降水量1,427毫米，多年平均年径流量为2,016亿立方米，约占长江流域地表水资源的21%，其比重为长江流域各水系之首。洞庭湖流域覆盖湖南省大部和湖北省、广西壮族自治区、贵州省和重庆市部分地区，流域面积262,800余平方千米，约占长江流域面积的14%。因湘、资、沅、澧四水常遇较大暴雨，洪峰流量常超过河道安全泄量，造成洪水灾害。洞庭湖平原区为湖南农业主产区，以种植粮食、棉花为主，也是中国主要淡水养殖区之一，耕地面积约占湖南全省的六分之一，居住人口约占湖南全省九分之一。

流域西部为山地，海拔200～1000米；中南部为丘陵和盆地，海拔50～400米；北部为平原，海拔25～40米。属亚热带季风气候，年降水量1300～1700毫米，4～6月降水占全年一半左右，湘西北澧水暴雨区常形成严重洪灾；受“四水”和通长江“三口”（松滋、太平、藕池）入湖洪水和泥沙影响，洞庭湖逐年淤浅萎缩，蓄纳洪水能力减少，汛期湖区常发生洪涝灾害。

流域水能蕴藏量1861万干瓦，占长江流域水能蕴藏总量的7%。水能蕴藏量1万千瓦以上的河流有177条，以沅江水能最富，达793.8万千瓦；湘江次之，521.7万干瓦；资水224万千瓦；澧水205万千瓦；湖区其他河流116.7万千瓦。可开发水能资源装机容量1233.6万千瓦，沅江约占一半，流域富航运之利，湖南省境内可通航16500余公里。