Długość jeziora wynosi 311 km, a szerokość 85 km. Średnia głębokość to 86 m, z maksymalną głębiną 244 m. Jezioro Ontario mieści 1640 km³ wody, a prąd powierzchniowy przemieszczający się z zachodu (rzeka Niagara) na wschód (rzeka Świętego Wawrzyńca) płynie z prędkością 8 mil dziennie.
Napływ ciepłego powietrza z południowego zachodu powoduje, że jezioro Ontario rzadko zamarza całkowicie. W lecie średnia temperatura wody zawiera się w przedziale pomiędzy (lipiec) a (sierpień). Jednak ciepła warstwa wody ma grubość od 10–20 m. Niżej jest dużo zimniejsza, a poniżej 100 m przez cały rok temperatura wody ma poniżej .
Mikroklimat tworzony przez jezioro ma wpływ na opady śniegu. Szczególnie południowo-wschodni brzeg poddany jest temu oddziaływaniu, nazywany często „śnieżnym pasem”. Opady śniegu w zimie w tym rejonie często przekraczają 600 cm. Z tego względu Syracuse, mimo położenia na nizinach, jest miastem o jednej z najdłużej zalegającą pokrywą śniegu.