Основная часть акватории на территории РТ, подпор водохранилища распространяется по реке Кама на территорию Удмуртской Республики, по реке Белая – на территорию Республики Башкортостан.

Образовано в 1978 году плотиной Нижнекамской ГЭС у города Набережные Челны. Заполнено в 1978–79 годах до промежуточной отметки подпорного уровня 62 м.

Площадь 1084 км2, объем 3,6 км3, длина по реке Кама 185 км, по реке Белая 87 км, наибольшая ширина 15 км, наибольшая глубина 20 м. Проектные показатели при нормальном подпорном уровне 68 м: площадь 2651 км2, объем 13,8 км3, длина по реке Кама 283 км, по реке Белая – 140 км, наибольшая ширина 20 км (при проектном уровне подпор Нижнекамского водохранилища распространится и на территорию Пермского края). Около 50% общей площади водохранилища занимают мелководья с глубиной до 2 м. В низовьях притоков Камы образовались крупные заливы – Бельский, Икский, Ижский и другие.

В Нижнекамское водохранилище поступают сток реки Кама, зарегулированный вышележащими Воткинским и Камским водохранилищами, сток реки Белая, зарегулированный Павловским водохранилищем, а также сток рек Сюнь, Ик, Мензеля, Иж. Нижнекамское водохранилище осуществляет сезонное регулирование стока. Амплитуда колебаний уровня не превышает 1,5 м.

Питание преимущественно за счет весенних талых вод. В осенне-зимний период происходит сработка уровня. Средняя дата начала ледостава 30 ноября (ранняя – 23 ноября, поздняя – 9 декабря), очищения от льда – 2 мая (ранняя – 28 апреля, поздняя – 7 мая); средняя продолжительность навигации 213 дней (наибольшая – 222 дня, наименьшая – 202 дня).

Используется для нужд энергетики, водного транспорта, водоснабжения, орошения.

Ведется промышленное рыболовство (лещ, судак, щука, плотва, густера, синец).

В зоне затопления Нижнекамского водохранилища при отметке подпорного уровня 62 м в пределах территории РТ отчуждено 88 тысяч га земель. Проблема установления постоянного подпорного уровня Нижнекамского водохранилища до отметки 68 м остается нерешенной. При определенной экономической целесообразности (увеличение выработки электроэнергии, улучшение условий судоходства, санитарного состояния и качества воды и другое) подъем уровня воды может негативно сказаться на состоянии земельных (в РТ будет дополнительно затоплено 90 тысяч га) и природных ресурсов.

На берегах Нижнекамского водохранилища расположены города Набережные Челны, Мензелинск, Менделеевск, санатории, базы отдыха, детские оздоровительные лагеря, лесные массивы национального парка Нижняя Кама.