A nivell geològic la zona lacustre de l’estany conté el registre més complert de la història geològica quaternària del nord-est peninsular. Constitueix un dels pocs exemples mundials que permeten analitzar els processos de sedimentació actuals relacionats amb la dinàmica lacustre i aplicar-ho a dipòsits antics dins la mateixa zona. També constitueix un dels millors exemples de carst actiu i el seu impacte en la utilització del sòl.

Els afloraments geològics pleistocens han proporcionat una fauna de mamífers fòssils molt variada que estan perfectament conservats i exposats al Museu Arqueològic Comarcal de Banyoles. És per tot això que aquesta geozona (zona d’interès geològic definida per la Generalitat de Catalunya) pot considerar-se com una de les millors aproximacions al coneixement del Quaternari a Catalunya.

A nivell hidrològic l'Estany de Banyoles i els estanyols que es troben a les seves rodalies constitueixen l'àrea sorgent de més baixa cota del sistema hidrogeològic.  La seva conca, en forma aproximada d’amfiteatre, actua com a àrea de recepció superficial. Sis són les principals rieres que vessen les seves aigües a l'Estany, fonamentalment pel seu marge oest, i alguns altres els recs menors que drenen cap a aquest l'aigua d'algunes fonts, estanyols o camps de conreu. L’aigua de les rieres i la que entra subterràniament omplen l’estany i mantenen un nivell més o menys estable. Uns canals artificials que s'anomenen "recs", construït pels monjos benedictins de Banyoles a partir del segle IX serveixen per desguassar l’aigua de l’Estany cap al riu Terri. A més dels recs hi ha dos col·lectors subterranis que serveixen per buidar l’Estany en previsió de pluges intenses i eviten el seu desbordament, i cal sumar-hi també l’aigua que s’extreu de l’estany per a consum humà. Antigament l’Estany es buidava formant un sobreeixidor natural i inundant tota la plana de Banyoles fins a Cornellà del Terri tal com demostren les acumulacions de travertí a subsòl de la zona.

Valors mitjans anuals dels cabals de les rieres i de les sortides pels recs, mesurats en m3/dia. La diferència entre l’aigua que entra per les rieres i la que surt pels recs, és l’aigua que entra de forma subterrània.

L’Estany de Banyoles pels seus valors paisatgístics i naturals ja va ser protegida als anys 50 com a “paisaje pintoresco”, el que ha comportat que actualment estigui catalogat com a Jardí Històric (Bé Cultural d’Interès Nacional). Més recentment, al 1992, amb l’aprovació del Pla d’Espais d’Interès Natural (PEIN) de la Generalitat de Catalunya, l’Estany va entrar a formar part de la xarxa d’Espais d’Interès Natural de Catalunya. L’espai està inclòs també a la Xarxa Natura 2000, com a Lloc d’Interès Comunitari (LIC) i el 2003 va ser acceptat al Tractat de Ramsar com a zona Humida d’Importància Internacional.

L’Estany però no és rellevant només per el seu valor hidrogeològic, sinó que com a element identificador s’ha convertit en un fenomen social i cultural. L’Estany ha estat font d’inspiració d’escriptors, poetes i pintors, el seu paisatge ha estat reconegut com a singular, i ha inspirat moltes llegendes i històries (la llegenda del Drac de Banyoles, les Goges de les Estunes, la llegenda d’en Morgat, el Castell enfonsat, etc.). A les seves ribes es concentren restes de jaciments arqueològics, com el poblat neolític de la Draga, o l’Ibèric del Castell de Porqueres, i en el seu moment va ser utilitzat com a font de recursos, tant la pesca per a l’alimentació, com la recollida de vegetació (vímets, etc.) utilitzats per a la manufactura d’estris d’ús quotidià.