Hồ Ba Bể tọa lạc ngay trung tâm của vườn Quốc gia, với diện tích 650 Ha, độ sâu trung bình khoảng 20-25m, trải dài trên hơn 8km, và được ví như là linh hồn của vườn Quốc gia, như viên ngọc lục bảo ẩn mình giữa thiên nhiên núi rừng Đông Bắc, phẳng lặng như tấm gương soi khổng lồ in bóng núi đá, mây trời. Đây là một trong những hồ kiến tạo đẹp và lớn nhất nước ta, được hình thành từ một vùng đá vôi bị sụt xuống do nước chảy ngầm đã đụng rỗng lòng khối núi. Ba nhánh của hồ thông nhau được gọi tên là Pé Lầm, Pé Lù và Pé Lèng. Giá trị của hồ Ba Bể không chỉ dừng lại ở giá trị du lịch mà còn là giá trị địa chất, địa mạo với sự đa dạng sinh học bởi vì nơi đây là hồ nước ngọt tự nhiên lớn nhất Việt Nam. Năm 1995, hồ Ba Bể đã được công nhận là một trong 20 hồ nước ngọt đặc biệt của thế giới cần được bảo vệ. Đến cuối năm 2004, Vườn quốc gia Ba Bể được công nhận là Vườn di sản ASEAN.
Hồ có nhiều loài đặc biệt quý hiếm được ghi vào sách đỏ Việt Nam như cá Chép Kình, cá Rầm Xanh, cá Chiên… Nước Hồ Ba Bể trong xanh, quanh năm mát mẻ, toàn cảnh hồ như một bức tranh thủy mặc, in đậm bóng núi, lồng lộng mây trời, nhìn như một chiếc gương khổng lồ phản chiếu những dãi núi uốn lượn vùng cung ẩn hiện trên mặt nước. Trên mặt Hồ có nhiều đảo nhỏ xinh đẹp như Đảo Bà Góa, đảo An Mạ, xung quanh là các bản nhà sàn của người Tày như Làng Pác Ngòi, Làng Bó Lù.
