Le lac Pavin s'est formé dans le cratère d'un ancien volcan creusé sur le flanc nord du puy de Montchal, à 1 197 m d’altitude. Sa surface de 44 ha et son diamètre de 750 m occupent une dépression presque parfaitement circulaire, découpée dans des coulées et pyroclastites préexistantes. Son fond, d’environ 300 m de diamètre à 93 m de profondeur, est plat. Il se trouve à un peu plus de 300 m de l'exutoire au nord alors que, côté falaises au sud, la pente immergée est plus abrupte et le fond se trouve à 150 m du bord.