Le lac Tanganyika couvre une superficie de 32 900 km² (approximativement la même superficie que la Belgique et s'étire sur 673 km le long de la frontière de la Tanzanie (à l’est) et de la République démocratique du Congo (à l'ouest) ;Son extrémité nord sépare ces deux pays du Burundi, son extrémité sud les sépare de la Zambie. On retrouve à l'ouest (du côté congolais), les monts Mitumba.
Il est situé sur la branche occidentale de la vallée du Grand Rift. Sa température de surface est de 25 °C
en moyenne pour un pH variant de 7,6 dans les baies marécageuses, à 9,5
en pleine eau. La profondeur ainsi que la localisation tropicale du lac
empêchent le renouvellement total des masses d'eau et la plus grande
partie des eaux profondes sont des eaux fossiles et anoxiques.
Le lac Tanganyika fait maintenant partie du bassin hydraulique du fleuve Congo. Il s'y déverse par son émissaire, la Lukuga. Jusqu'en 1878, cette rivière se jetait dans le lac, mais des mouvements tectoniques, et surtout la montée du niveau de l'eau, en ont inversé le sens vers la Lualaba et le fleuve Congo.
Le bassin drainant du lac Tanganyika couvre une superficie de 250 000 km². Les principales rivières qui l'alimentent sont la Malagarazi, la Rusizi, la Ifume, la Lufubu et la Lunangwa qui y déversent 24 km³ d’eau par an ; les pluies, quant à elles, en apportent 41 km³ par année. La Malagarazi est plus ancienne que le lac lui-même et se trouvait auparavant dans le prolongement du Congo.