Урез воды в озере находится на 21 м ниже уровня моря. Вода в озере пополняется частично пересыхающей Горькой Речкой, площадь водосбора которой составляет 11 км², и водой из 25 родников. Солёностьозера — около 300 г/л. Мощность поверхностной залежи соли на озере достигает 10-18 м. В результате добычи соли образовались выломы глубиной до 8 метров. Глубина залегания соли достигает 6 км. Весной и осенью уровень рапы в озере максимальный — до 1 метра. В рапе обитают только бактерии, которые выносят соль. Рапа в озере на 37 % насыщена солью.
Баскунчак представляет собой своеобразное углубление на вершине соляной горы, уходящей основанием на тысячи метров вглубь земли и прикрытой толщей осадочных пород. Питание озера происходит главным образом за счет источников. Многочисленные ключи впадают в озеро по его северо-западному берегу, принося в течение суток в озеро более 2,5 тысяч тонн солей.
С VIII века на озере добывали соль и отправляли её по шёлковому пути. Впервые озеро Баскунчак официально упоминается в 1627 году в «Книге Большому чертежу» — первом географическом описании России — как место, «где ломают соль чистую, как лёд».
С 1960 по 1963 год на озере Баскунчак была организована 20-километровая кольцевая трасса для установления всесоюзных рекордов скорости. При необходимости мог быть подготовлен 13-километровый прямой отрезок. В ходе заездов на озере Баскунчак было установлено 29 всесоюзных рекордов скорости (19 из них превосходили международные), в том числе абсолютный всесоюзный рекорд — 311,4 км/ч (1963, И. Тихомиров, «Пионер-2»). Но в связи с увеличением добычи соли и последовавшим ухудшением гидрогеологической обстановки поверхность озера стала непригодной для рекордных заездов, и отечественные автогонщики лишились уникального места для соревнований, немногим уступавшего легендарной трассе на озере Бонневилль.
Сегодня чрезвычайно чистая соль озера (99,8 % NaCl) составляет до 80 % от общей добычи соли в России. В зависимости от потребности, здесь добывают от 1,5 до 5 миллионов тонн соли в год. Для вывоза соли была построена Баскунчакская железная дорога.
На южном берегу озера стоит гора Большое Богдо — единственная гора естественного происхождения в Прикаспийской низменности.
Озеро Баскунчак входит в состав уникального природного комплекса, включающего гору Большое Богдо. В 1997 году Богдинско-Баскунчакский природный комплекс был объявлен заповедником(Богдинско-Баскунчакский заповедник), где на площади 53,7 тысячи гектаров установлен специальный природоохранный режим.
В советское время поверхность озера активно использовалась для заездов на установление всесоюзных и международных рекордов скорости на гоночных автомобилях.
