赛里木湖是7000万年前喜马拉雅造山运动产生的地堑湖。晚石炭世末期的因尼卡拉运动使得天山赛里木湖—博罗霍洛地区首先形成褶皱，再由第四纪的断块运动形成地洼断褶带山脉及断陷湖泊——赛里木湖。赛里木湖的湖水主要来自降水、积雪融水和地下水，据推测水源主要来自地下潜流。其湖盆中的第四纪湖泊沉积反映了西天山历史上的地质发育和冰川作用，为研究第四纪以来的气候和地质数据提供材料。
地形水文.湖区处于盆地中，周围环绕科古尔琴山等天山山系。湖岸线平直略呈梯形，湖底水深变化较大，最大坡降为千分之75，