Det er den sjette største naturlige, ferskvannssjøen i USA og ligger i Champlain-dalen mellom Green Mountains i Vermont og Adirondack-fjellene i New York. Vannet renner ut av den nordover gjennom Richelieu River inn i St. Lawrence-elva nær Montréal. Elvene Otter Creek, Winooski, Missisquoi og Lamoille renner ut i innsjøen fra Vermont, mens elvene Ausable, Chazy, Boquet og Saranac renner ut i den fra New York. Champlainsjøen får også vann fra Georgesjøen via La Chute River.