Водохранилище возникло в 1965-1966 гг. за плотиной, перегородившей верхний участок Днепра выше Киева в районе пос. Вышгорода. Оно расположено по Днепру - от Вышгорода до с.Днепрово, по Припяти - от устья до г.Чернобыля и по Тетереву - от устья до с.Богданы. Площадь водохранилища превышает 92 км² , протяженность - около 110 км, наибольшая ширина - 12 км, в некоторых местах - до 3 км. Наибольшие глубины (до 15 м) находятся у плотины, средняя глубина (4,1 м) и мелководья (до 2 м) занимают почти половину всей площади водохранилища.

Территорию Киевского водохранилища можно разделить на несколько участков, каждый из которых имеет специфические черты. Так, днепровский плес, находящийся вдоль русла Днепра выше слияния Днепра и Припяти, очень мелководен. Это же свойственно и припятскому плесу, простирающемуся вдоль русла Припяти выше ее устья. Верхние, или русловые, части данных плесов представляют собой собственно реки с несколько замедленным течением и повышенным уровнем воды. По своим особенностям они мало отличаются от участков Днепра и Припяти, расположенных выше зоны водохранилища.

Нижние, расширенные части плесов имеют озерообразный характер. Их мелководные участки (до 3 м) обильно зарастают высшей растительностью и водорослями. Воды припятского плеса отличаются от вод днепровского цветом в связи с повышенным содержанием гуминовых веществ. Тетеревский плес также мелководен. Но влияние вод Тетерева на водный режим, а также растительный и животный мир водохранилища менее ощутимо, чем Днепра и Припяти. Это обусловлено различной водностью каждой из названных рек. С водами Тетерева в водохранилище вносится определенное количество веществ органического происхождения из бытовых и промышленных стоков, вызывающих «цветение» воды.

Основной плес водохранилища, находящийся ниже места слияния Днепра с Припятью, можно разделить на три части. Нижней границей верхней части основного плеса является с.Страхолесье. Тут мелководья глубиной до 3 м занимают почти 3/4 всей площади. Они обильно зарастают высшей растительностью и нитчатыми водорослями. Эта часть основного плеса находится под большим влиянием вышележащих днепровского и припятского плесов. Вот почему многие свойства воды по левой стороне сходны со свойствами днепровских, а по правой - припятских вод.

Нижней границей средней части основного плеса является с.Рудня-Толокунская. Участок глубоководный. Площади с глубинами до 3 м составляют несколько более 1/3 площади. Свойства воды зависят от смешения вод верхней части основного и тетеревского плесов.

Нижняя часть основного плеса, простирающаяся от с.Рудня-Толокунская до плотины, наиболее глубоководна. Мелководья составляют незначительную часть, поэтому растительность развивается слабо.

В течение года уровень воды водохранилища меняется. Он понижается с января до середины марта, затем в результате поступления паводковых вод повышается до середины апреля, после чего снова падает в течение апреля - июня. Его повышение наблюдается лишь в начале зимы, что обусловлено осенними дождями, а затем уровень воды снова снижается.

В зависимости от режима уровней в водохранилище различают осушаемую зону и зону постоянного затопления. В пределах осушаемой зоны выделяют две подзоны. Подзона временного затопления выражена только в верхней части водохранилища. Она затапливается с середины марта до конца июня. На ее территории развивается луговая растительность. Сюда выходят для нереста рыбы, тут обильно развиваются животные и растительные организмы, которые после спада воды скатываются в водохранилище, существенно влияя на жизнедеятельность различных его организмов и качество воды.

Подзона временного осушения расположена ниже предыдущей. Эти территории освобождаются от воды только в начале сентября в связи с осенним снижением ее уровня. Они зарастают преимущественно земноводной растительностью.

Водообмен в водохранилище осуществляется 9-12 раз в год и зависит от объема воды, поступающей из Днепра и Припяти. В период паводка (апрель - май) водохранилище мало отличается от реки. Лишь с установлением летней межени в Днепре (конец июня - июль) проточность водохранилища снижается и оно принимает озерообразный вид. Скорость водообмена в июне - июле оказывает влияние на развитие «цветения» воды: при хорошей проточности в сочетании с малой прогреваемостью водной массы и с некоторыми другими факторами «цветение» воды развивается в меньшей мере, чем при слабой проточности и хорошей прогреваемости водной массы.

Характерной особенностью Киевского водохранилища, расположенного выше всех других днепровских водохранилищ, является то, что весной возникает большая разница уровней между верхней частью водохранилища и его основным плесом, которая может достигать 1,5-2 м. Летом вода прогревается до 20- 24 °C. Ледяной покров устанавливается в декабре - январе и держится до середины или конца марта.

Из рыб в Киевском водохранилище относительно мало жереха, белоглазки, подуста, голавля, а также носаря, ерша, язя, условия размножения которых сильно ухудшились. Численность рыб, откладывающих икру на растения, увеличилась, поскольку они в водохранилище широко используют для нереста как заливные луга в вершине, так и водную растительность мелководий. Чаще всего тут встречаются плотва, лещ, густера, красноперка, окунь, синец, линь, щука, карась.