北美五大湖形成于7000～32000年前，由更新世冰川退缩而逐步形成。更新世
冰期前，大湖区为东西向水系。冰期时冰川作用使河谷加宽加深。更新世最后一次冰川退却时，本区南岸留下终碛垄，圣劳伦斯河下游地区仍为冰川覆盖，其间大片水域被堵，宽浅河谷成为湖盆，形成大湖雏形。一般认为，伊利湖约在1万年前已具今规模 ，安大略湖形成于7000年前，其余3湖均形成于3000年以前。
湖面高程自西向 东呈阶梯式下降 ：
苏必利尔湖与休伦湖水位相差7米 ，形成多急流的圣玛丽斯河 ；密歇根湖和休伦湖水位相平，之间由麦基诺水道相连；休伦湖与伊利湖水位相差2米 ，其间形成圣克莱尔河急流 ；伊利湖比安大略湖水位高99米，其间形成尼亚加拉河急流，其一半处形成落差50.9米的世界著名大瀑布——
尼亚加拉瀑布，最后湖水经安大略湖口进入圣劳伦斯河后注入
大西洋的圣劳伦斯湾。最深的是苏必利尔湖 ，最大深度406米 ；最浅的是伊利湖，最大深度仅64米；其余3湖最大深度均在200米以上。
湖水主要靠降水补给，并接纳许多小河，水量丰富，安大略湖入圣劳伦斯河处年均流量6640立方米／秒。夏季水位较高，冬末春初较低 。夏季湖面水温16～21℃ ，冬季0℃以下 ，结冰期4个多月 。五大湖对周围湖区气候具有明显调节作用，使其温和湿润，无霜期长，有利于农业。农、林、果、渔均很发达，为
北美洲内陆渔业主要集中区，主产湖鳟、
白鱼、湖鲱等。