Озеро Баскунчак имеет тектоническое происхождение: оно было образовано на месте обширной компенсационной мульды — тектонического прогиба, сформировавшегося на вершине соляного купола и имеющего форму чаши или жёлоба. За время эволюции древнего моря, предшествующего современному Каспию, его воды то наполняли впадину, заполняя её солью, то вновь отступали — так была образована котловина минерального озера Баскунчак.
Ещё в древние времена озеро стало местом соледобычи для кочевых народов: так, в разные эпохи здесь «ломали» соль скифы, сарматы, хазары и др. Уже в VIII веке разработкой солёных залежей занимались торговцы Шёлкового пути, а после завоевания этих земель Золотой Ордой она находилась под контролем монголо-татарских ханов. В XVI веке, после покорения Астраханского ханства Иваном Грозным, баскунчакская соль стала добываться Россией.
Соляной промысел приобрел промышленные масштабы двумя столетиями позже: в этот период в нём было задействовано одновременно около 25 тысяч рабочих — татар, казахов, киргизов и русских крестьян. Ломщики проводили в рапе озера по 12 часов: в летний период этот насыщенный солевой раствор нагревался до 50°C, обжигая и разъедая их кожу, — этот каторжный труд унёс жизни тысяч людей, пока соледобыча не была механизирована.
Уже в 1960 году здесь была создана 20-километровая трасса для испытания скоростных автомобилей. В течение трёх следующих лет советскими автогонщиками было установлено 29 всесоюзных рекордов скорости, а 19 из них стали также международными. Самое яркое достижение принадлежало инженеру-испытателю Илье Тихомирову: его газотурбинный автомобиль «Пионер-2» достиг скорости в 311,4 км/ч, что стало абсолютным рекордом для СССР.
Однако активно развивающийся соляной промысел вскоре сделал невозможным проведение испытаний на Баскунчаке: из-за ухудшения гидрогеологической обстановки трасса стала вязкой и, следовательно, непригодной для заездов. В связи с этим водоём потерял свою значимость для советского спорта, а сам СССР лишился собственного «Бонневилля» (высохшее солёное озеро в штате Юта США, на территории которого были поставлены многие скоростные рекорды).
Озеро Баскунчак расположено в Астраханской области, в северной части Прикаспийской низменности: расстояние от водоёма до Каспийского моря составляет 270 километров. Помимо Каспия, Баскунчак соседствует с Волгой (находится в 50 километрах к востоку от правого побережья реки), а в 15 километрах от него проходит российско-казахстанская граница. Является крупнейшим озером региона (за исключением Каспийского моря).
Площадь озера — 106 км²; его протяжённость равна 18 км, а наибольшая ширина — 13 км. Высота водоёма над уровнем моря составляет −21,6 м. По своим морфометрическим характеристикам озеро похоже на своего «брата» — находящееся в Волгоградской области солёное озеро Эльтон. Однако Баскунчак является более глубоководным: его максимальная глубина составляет 3 м, в то время как глубина Эльтона достигает только 1,5 м.
Водоём относится к числу самых солёных озёр мира: так, глубина залегания соли составляет 6 километров, а на один литр воды приходится 300 граммов соли, что сравнимо с аналогичным показателем Мёртвого моря (300—350 ‰). Примечательно, что соляные залежи водоёма регулярно пополняются благодаря питающим его источникам: в течение года они приносят в его бассейн до 900 тысяч тонн соли.
Единственной рекой, впадающей в Баскунчак, является Горькая Речка. Помимо того, к его водотокам относятся около 25 родников. Питание водоёма преимущественно снеговое: так, наибольшего уровня воды он достигает в период половодья. Однако позднее озеро начинает мелеть и в летние месяцы практически полностью пересыхает, а его рапа (солевой раствор высокой степени минерализации) становится более насыщенной.
Озеро Баскунчак расположено в зоне резко континентального климата. Весь регион находится под влиянием Каспийского моря, а также воздушных масс, приходящих из Казахстана и Урала. Лето является засушливым и продолжительным (длится в течение 4,5 месяцев), а температура воздуха может достигать +45°C. Зима на побережье водоёма мягкая и малоснежная. Средняя температура в этот период равна −9°С, однако наблюдаются и интенсивные морозы.