ลุ่มน้ำทะเลสาบสงขลาเป็นพื้นที่ที่มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากเป็นพื้นที่ที่มีความหลากหลายของทรัพยากรธรรมชาติและวัฒนธรรม ทั้งด้านแหล่งน้ำเพื่อการเกษตร แหล่งอาหาร เพื่อการบริโภค แหล่งรวบรวมความหลากหลายทางชีวภาพของพันธุ์พืชและพันธุ์สัตว์ ตลอดจนเป็นแหล่งสะท้อนวัฒนธรรมความเป็นอยู่ของคนในท้องถิ่นได้เป็นอย่างดี

ลุ่มน้ำทะเลสาบสงขลาตั้งอยู่บนฝั่งทะเลด้านตะวันออกของภาคใต้ในตำแหน่งละติจูดที่ 6 องศา 27 ลิปดาเหนือถึงละติจูดที่ 8 องศา 12 ลิปดาเหนือ และระหว่างลองติจูดที่ 99 องศา 44 ลิปดาตะวันออกถึงลองติจูดที่ 100 องศา 41 ลิปดาตะวันออก

ลักษณะภูมิประเทศของลุ่มน้ำทะเลสาบสงขลาเป็นเนินเขาและภูเขาสูงชันทางด้านทิศตะวันตกและทิศใต้ โดยด้านทิศตะวันตกเป็นแนวเทือกเขาบรรทัดที่ทอดตัวยาวเป็นสันปันน้ำ ตั้งแต่รอยต่อระหว่างจังหวัดพัทลุงกับจังหวัดตรังลงมาถึงรอยต่อระหว่างจังหวัดสงขลากับจังหวัดสตูล พื้นที่จะค่อยๆลาดต่ำลงมาทางทิศตะวันออกซึ่งมีสภาพภูมิประเทศลูกคลื่นลอนลาดถึงลูกคลื่นลอนชัน และเป็นที่ราบต่ำจนจรดทะเลสาบสงขลาและอ่าวไทย ส่วนด้านทิศใต้เป็นแนวเทือกเขาสันกาลาคีรีบางส่วน พื้นที่ภูเขาสูงนี้ปกคลุมด้วยป่าไม้ทึบอันอุดมสมบูรณ์จึงเป็นแหล่งต้นน้ำลำธารที่สำคัญ นอกจากนี้ในทะเลสาบยังมีเกาะอยู่มากมาย ได้แก่ เกาะยอ เกาะหมาก เป็นต้น

พื้นที่ลุ่มน้ำทะเลสาบสงขลาแบ่งออกเป็น 2 ส่วนคือ พื้นที่ผิวดิน 8,761 ตารางกิโลเมตร เเละพื้นผิวน้ำซึ่งอยู่ในเขตพื้นที่ 2 จังหวัด คือ จังหวัดสงขลาและพัทลุงมีพื้นที่ 1,046 ตารางกิโลเมตร มีความกว้างจากทิศตะวันตกไปทิศตะวันออกประมาณ 20 กิโลเมตร และมีความยาวจากทิศเหนือไปทิศใต้ประมาณ 75 กิโลเมตร ส่วนของลุ่มน้ำทะเลสาบสงขลาที่เป็นพื้นที่ผิวน้ำแบ่งออกได้เป็น 3 ส่วน คือ

ลุ่มน้ำทะเลสาบสงขลามีอาณาเขตติดต่อกับพื้นที่ใกล้เคียง ดังนี้

จังหวัดสงขลา ครอบคลุม 8 อำเภอ และ 4 กิ่งอำเภอ ได้แก่ อำเภอเมือง อำเภอรัตภูมิ อำเภอหาดใหญ่ อำเภอสะเดา อำเภอระโนด อำเภอสทิงพระ อำเภอสิงหนคร อำเภอควนเนียง กิ่งอำเภอกระแสสินธุ์ กิ่งอำเภอนาหม่อม กิ่งอำเภอบางกล่ำ และกิ่งอำเภอคลองหอยโข่ง

จังหวัดนครศรีธรรมราช ครอบคลุม 2 อำเภอ คือ อำเภอชะอวด และอำเภอหัวไทร

จังหวัดพัทลุง ครอบคลุมทั้งจังหวัด