莫愁湖为长江古河道遗留部分所形成。[33] 早期古代的长江直逼石头城下，自南而北沿南京城的西边流过。秦淮河则是从城西南和西北分两支注入长江。东吴时，这一带是江渚地区，唐宋以来，秦淮河入江口泥沙逐渐淤积，慢慢向西北三汊河推移，长江主流道也逐渐向西北迁移，致使江东门附近长江中的白鹭洲与岸边相连，原长江与秦淮河交汇处的低洼地留下了许多池塘和湖泊，莫愁湖正是这个时期形成的。[34] 明代时期的莫愁湖及其周边区域情况图
莫愁湖位于江苏省南京市建邺区水西门外水西门大街区域[18] [33] ，湖面面积32.33公顷，是南京主城区内仅次于玄武湖的第二大湖泊。[30]
莫愁湖属于浅水湖泊，南北长约680米，东西宽约770米，湖面标高4米，湖的东北角有两处雨水排放口。莫愁湖范围内年降雨量约为78.54万立方米，湖体年蒸发量约47.56万立方米，2015、2016年莫愁湖年排水量分别约为32.98、39.89万立方米。莫愁湖水位约为5.5—6.0米，常年平均水深1.1—1.2米，槽蓄量约32万立方米，根据环保部门监测，莫愁湖主要水质指标为IV类或优于IV类水标准。[30] 莫愁湖主要功能为景观水域和非直接接触的娱乐用水，已无调蓄能力。[29] [39] [39] 莫愁湖湖域
莫愁湖位于长江、秦淮河形成的冲积平原，地势低下，北面长江，东面外秦淮河。莫愁湖是低地湖泊，由长江、秦淮河冲积平原的低洼处积水而成，原是秦淮河入江口河槽，因泥沙淤积而成湖。冲积平原的形成年代并不久，据历史记载，在三国东吴以前，这里还是露出长江水面的几处小沙洲。当时长江河床紧靠今南京城墙的位置，以后江流外徙，秦淮河也向北延伸，冲积平原才逐渐向外扩展。由于地势低下，地下水位高，低洼处就积水形成湖泊。[29] 莫愁湖总体地貌
莫愁湖属亚热带季风气候，其主要特点是四季分明，夏热冬冷，春秋两季历时短暂，雨量集中，春湿多变，秋高气爽，梅雨显著，夏雨集中。
莫愁湖年平均气温在15℃，全年七、八月份最热，历年七、八月份最高气温32—38℃左右，以一月份最冷，历年一月份平均最低气温-1.5℃，极端最高气温43℃，极端最低气温-14℃，最大冻土深度9—10厘米，无霜期230天左右。全年日照1989.2小时左右。年平均降水量1124毫米，降水日124.2天，雨季集中在6一8月份，雨量占全年50%以上，从每年6月下旬至7月中旬，相对湿度最大（76%—81%），阴雨天较多，这就是江南的梅雨季节。