南緯3°25'〜8°45'、東経29°10'〜31°10'、海抜773mに位置し、東西40-50Km、南北650Kmに細長くのびる。面積は32,900 km?で、アフリカで2位、世界で5位。深さは平均水深570m、最大水深1471mでアフリカで1位、世界で2位。周囲は1900km、貯水量約17800km?。
バイカル湖に次ぐ世界で2番目に古い
古代湖(推定
2000万年)といわれる。アフリカの大地溝帯・
グレート・リフト・バレーによって形成され、地溝帯内にある最大の湖で、西リフト・バレー内にある。非常に深いことなどから深層の水は流動せず、「化石水」と呼ばれる
貧酸素水塊となっている。集水域は約231,000 km?で、主要な流入河川は、
キブ湖から出てタンガニーカ湖北岸に流入する
ルジジ川と、
タンザニアで2番目に大きく、タンガニーカ東岸に流入するマラガラシ川であるが、このほかにも無数の小河川が湖に注ぎ込んでいる。一方、流出河川は西側にあるルクガ川のみであるため、湖水の滞留時間が非常に長く(1000年にも及ぶといわれる)、その90%以上は蒸発により失われるとされる。なおルクガ川は下流で
コンゴ川に合流している。
世界でも
固有種の多い湖として有名で、ここに生息する魚の約80%、
貝類の約90%が固有種である。多くの淡水魚や
デンキナマズ、
肺魚などが生息する。湖で最も個体数の多い魚は
ニシン科の2種(
Limnothrissa miodonと
Stolothrissa tanganicae)と
アカメ科アカメ属
Latesの4種の合計6種の遊泳魚で、魚類の現存量の大部分を占ている。しかし種として見ればこれらはごく一部であり、湖からは少なくとも
シクリッドが300種とそれ以外の魚が150種ほど知られており、その大部分は底生魚(主として湖底付近で生活する魚)である。約300種のシクリッドのほとんど(90%以上)が固有種で、このような固有化は
無脊椎動物にも起こっており、
貝類、
ヒル類、カイアシ類(橈脚類)、
カニ類などで顕著である。特に
カワニナ類には一見海の貝のように見えるものも多く、他の淡水域には見られない際立った進化を見せている。水質がやや強い
アルカリ性であるため、貝類の死殻の多くは溶解せずに長期間堆積しており、無数にある
Neothauma tanganyicense(
タニシ科)の空殻はカニの隠れ家となったり、住処や産卵シェルターとしてそれらを使うように進化したシクリッドなども生息する。