Thiên Trì nằm trên đỉnh của ngọn núi Trường Bạch, là núi cao nhất Triều Tiên và Mãn Châu. Hõm chảo bao gồm Thiên Trì được tạo thành bởi một vụ phun trào núi lửa lớn vào năm 969 TCN (± 20 năm).[1]

Bề mặt của Thiên Trì nằm ở độ cao 2.189,1 m (7.182 ft).[2]. Hồ có diện tích bề mặt là 9,82 km² (3,79 sq mi) với chiều dài bắc-nam là 4,85 km (3,01 mi) còn chiều dài đông-tây là 3,35 km (2,08 mi). Độ sâu trung bình của hồ lên tới 213 m (699 ft) và độ sâu lớn nhất đạt 384 m (1.260 ft).

Do nằm ở vĩ độ cao cùng cao độ lớn nên nước Thiên Trì luôn luôn lạnh, nhiệt độ vào mùa hè cũng chỉ lên tới 8 °C-10 °C. Từ giữa tháng 10 đến giữa tháng 6, Thiên Trì bị đóng băng với độ dày khoảng 1 m. Do núi Trường Bạch có độ cao lớn, Hai luồng không khí từ Siberi và Thái Bình Dương gặp nhau trên đỉnh núi, do vậy độ ẩm của Thiên Trì cao hơn khu vực chân núi.

Mặc dù có một lượng mưa phong phú song Thiên Trì hầu như không có các loài thủy sinh cư trú, người ta tin rằng việc chỉ có một mùa hè "mát" trong khi mùa đông nước đóng băng, nồng độ oxy trong nước thấp, đất đá xung quanh hồ khô cằn với thảm thực vật thưa thớt đã khiến cho nơi đây không đáp ứng được điều kiện để các loài cá sinh sống.