Según un estudio realizado por el Servicio Geológico Checoslovaco entre 1997 y 1998, en colaboración con el Instituto Nicaragüense de Estudios Territoriales (INETER), se indica que esta laguna, de origen cratérico, se formó sobre la denominada Caldera de Apoyo, que es una estructura volcánica de forma casi circular, con unos 6 kilómetros de diámetro. El punto más alto del borde de la Caldera se encuentra al norte de Catarina, en el margen occidental y alcanza una altura de 542 metros sobre el nivel de mar. El punto más bajo del borde se encuentra en el borde nororiental (en dirección a Granada), y alcanza 190 metros sobre el nivel del mar. La laguna en sí, por su parte, tiene una altura de 73 metros sobre el nivel del mar.

La Caldera de Apoyo y la laguna del mismo nombre, se encuentran al sureste de Managua, en la franja volcánica del pacífico de Nicaragua, entre los volcanes Mombacho y Masaya, representando una de las estructuras volcánicas más bajas de la zona. De acuerdo a la evidencia geológica, esta caldera se formó a partir de la gigantesca explosión de un antiguo volcán, hecho que ocurrió hace unos 23 mil años. Actualmente se puede encontrar en la laguna y comunidades aledañas, grandes acumulaciones de piedras pómez, que se originaron de las erupciones del desaparecido volcán.

Las laderas del borde de la laguna son muy empinadas, razón por la cual ocurren frecuentes deslizamientos, especialmente en las épocas lluviosas. Algunos bordes están totalmente cubiertos de bosque primario, con excepción de los puntos donde el hombre ha ejercido su presencia destructiva o aquellos donde por razones geológicas todavía prevalecen enormes formaciones rocosas. Se sabe que el nivel de la laguna está descendiendo poco a poco, no obstante, en la actualidad se estima que la parte más profunda de la misma alcanza unos 200 metros.