Hồ Onega có diện tích là 9.700 km² không kể các đảo, và dung tích là 280 km³; chiều dài của hồ khoảng 245 km, chiều rộng khoảng 90 km. Đây là hồ lớn thứ nhì ở châu Âu, và là hồ lớn thứ 18 trên thế giới. Bờ hồ phía nam phần lớn là thấp, trong khi các bờ phía bắc là đá và gồ ghề.[5] Chúng chứa rất nhiều vịnh thuôn dài tạo cho hồ thành hình một con tôm khổng lồ. Ở phần phía bắc hồ có bán đảo Zaonezhye lớn (tiếng Nga: Заонежье); phía nam bán đảo này là đảo Klimenetsky Lớn (tiếng Nga: Большой Клименецкий. Về phía tây của chúng là khu vực vịnh Onego Lớn (tiếng Nga: Большое Онего) (sâu hơn 100 m) với vịnh Kondopozhskaya (tiếng Nga: Кондопожская губа, sâu tới 78 mét), Ilem-Gorskaya (42 m), Lizhemskoy (82 m) và Unitskoy (44 m). Về phía tây nam của vịnh Onega Lớn là vịnh Petrozavodsk Onego (tiếng Nga: Петрозаводское Онего) với các vịnh Petrozavodsk lớn và các vịnh nhỏ Yalguba và Pinguba. Về phía đông của Zaonezhye có một vịnh, phần phía bắc của nó gọi là vịnh Povenetsky và phần phía nam gọi là vịnh Zaonezhsky. Ở đó, các khu sâu, xen kẽ với các bờ và các đảo, chia vịnh thành nhiều phần. Phần cực nam của chúng, Onega Nhỏ, sâu 40–50 mét. Mọi bờ hồ đều phủ đá.[2][6]

Chiều sâu bình quân của hồ là 31 mét, chỗ sâu nhất (127 m) nằm ở phần phía bắc. Chiều sâu ở phần giữa hồ là 50–60 m và tăng lên tới 20–30 m ở phần phía nam. Đáy hồ có hình dạng rất không đồng đều, nó được bao phủ bằng phù sa, và chứa rất nhiều khe rãnh có kích thước và hình dạng khác nhau ở phần phía bắc. Các khe rãnh nằm cách nhau bởi các bãi ngầm lớn và nông. Cấu trúc đáy hồ như vậy có lợi cho cá sinh sống, nên các bãi ngầm được sử dụng để đánh bắt cá thương mại.[7][8]

Mực nước hồ được ổn định hóa bằng nhà máy thủy điện Verhnesvirskaya [9] và chỉ thay đổi từ 0,9 tới1,5 mét trong một năm. Mực nước tăng lên do lũ lụt mùa xuân kéo dài từ 1,5 tới 2 tháng. Mực nước cao nhất là từ tháng 6 tới tháng 8, còn mực nước thấp nhất là trong tháng 3, tháng 4. Hàng năm các sông chảy vào hồ này 15,6 km³ nước, tức lên tới 74% lượng nước, phần còn lại do lượng nước mưa (hay tuyết) rơi xuống. Phần lớn nước trong hồ (84% hoặc 17.6 km³/năm) chảy ra ngoài qua sông Svir, và 16% lượng còn lại bị bốc hơi từ mặt hồ.[7] Thường có các trận bão mang đặc tính của bão biển hơn là bão trên hồ, khiến sóng dâng cao 2 tới 3 mét và thậm chí tới cả năm mét.[10] Hồ bị đóng băng ở vùng gần bờ và ơ các vịnh vào cuối tháng 11, tháng 12; còn ở giữa thì bị đóng băng khoảng giữa tháng Giêng. Nước ở vùng sâu thì trong, có thể nhìn rõ xuyên qua 7–8 m. Nước trong hồ là nước ngọt, với dung lượng muối là 35 mg/L. Đây là tỷ lệ muối tương đối thấp hơn 1,5 lần so với hồ lớn khác trong khu vực là Hồ Ladoga.[10] Nhiệt độ vùng nước trên bề mặt hồ là từ 20 tới 24 °С, còn ở các vịnh là 24–27 °С. Nước ở vùng sâu thì lạnh hơn, chỉ từ 2 tới 2,5 °С trong mùa đông và từ 4 tới 6 °С trong mùa hè.[9] Thời tiết tương đối lạnh, với nhiệt độ dưới 0 °C trong nửa năm, còn nhiệt độ trung bình trong mùa hè là khoảng 16 °C.[10]