Водохранилище образовалось в результате сооружения плотины Днепровской гидроэлектростанции (Днепрогэса) в 1931 г. В 1941 г. в ходе военных действий плотина Днепрогэса была разрушена и водохранилище перестало существовать. Вторично оно возникло после восстановления плотины в 1947 г.

Объем водохранилища - 3,2 км³ , площадь - 420 км² , длина - около 170 км, ширина - от 0,6 км в районе затопленных порогов до 3,5 км в верхней части, средняя глубина - 8, наибольшая - 45 м. Водоем характеризуется хорошей проточностью - водообмен осуществляется 12-14 раз в год. Сработка уровня за год составляет 0,5-1 м. Площадь мелководий (до 2 м) - 36 %.

В водохранилище различают верхний и нижний участки. Первый простирается от плотины Днепродзержинской гидроэлектростанции до г.Днепропетровска и представляет собой слившиеся воедино поймы Днепра и его притока Самары, которые были покрыты лугами, лесами, многочисленными озерами и протоками, заросшими растительностью. В настоящее время здесь образовался мелководный залив (глубины не превышают 4-6 м). Правый берег этого участка высокий, местами обрывистый, левый - низменный. Грунты дна преимущественно черноземные, илистые и лишь на бывшем русле Днепра песчаные. Ясно выраженное течение сохраняется почти на всем участке.

Ниже Днепропетровска расположена глубоководная часть водохранилища, занимающая весь бывший порожистый участок Днепра, на котором насчитывалось девять порогов и более 30 подводных каменных гряд. В настоящее время береговая линия этого участка изрезана многочисленными узкими и глубокими заливами, образовавшимися в результате затопления балок, оврагов и долин небольших рек. Дно песчаное и каменистое, местами покрытое слоем ила. Течение с приближением к плотине замедляется.

Верхняя мелководная часть прогревается и охлаждается быстрее, чем нижняя глубоководная. В наиболее глубоких открытых плесах наблюдается расслоение толщи воды по температуре. Уровни воды поддерживаются более или менее равномерно, что обусловлено регулирующим влиянием водохранилищ, расположенных выше. Ветровые движения воды выражены нечетко, высота волн может достигать 2 м.

Растительность развивается преимущественно в верхней мелководной части водохранилища. В нижней части она сосредоточена в вершинах заливов, защищенных от волнобоя. Наибольшими притоками являются Орель, Самара и Мокрая Сура.

После сооружения плотины Запорожского водохранилища в составе рыбного населения чаще стали встречаться плотва, щука, сом, лещ, язь и окунь.