È un bacino endoreico situato a 28 metri sotto il livello del mare (Depressione Caspica), fra le zone meridionali della Federazione Russa e il nord dell'Iran. Ha una superficie di 371.000 km², un volume di 78.200 km³ e una profondità massima di 1.025 metri.

Le principali città che si affacciano sul bacino sono Baku, capitale azera, e Mahackala. Due sono i fiumi maggiori che sfociano nel Mar Caspio: il Volga e l'Ural. Un tempo, quando il bacino era allo stesso livello degli altri mari, faceva parte di una massa d'acqua molto più vasta, che si estendeva dal Mar Nero sino al lago d'Aral.