ทะเลสาบสงขลา หรือ ทะเลสาบพัทลุง หรือ ทะเลสาบลำปำ (ชื่อที่เรียกในเขตจังหวัดพัทลุง) เป็นทะเลสาบแห่งเดียวในประเทศไทยที่อยู่ติดกันถึง 3 จังหวัด มีเนื้อที่ทั้งหมดประมาณ 1,000 ตารางกิโลเมตร ได้แก่ จังหวัดพัทลุง ในเขตอำเภอเมืองพัทลุง อำเภอปากพะยูน อำเภอบางแก้ว อำเภอเขาชัยสนและอำเภอควนขนุน, จังหวัดสงขลา ในเขตอำเภอระโนด อำเภอสทิงพระ อำเภอกระแสสินธุ์ อำเภอสิงหนคร อำเภอเมืองสงขลา อำเภอควนเนียง อำเภอหาดใหญ่ และอำเภอชะอวด จังหวัดนครศรีธรรมราช
ทะเลสาบสงขลาตอนล่างมีเกาะขนาดใหญ่อยู่เกาะหนึ่ง คือ เกาะยอ และมีเกาะต่าง ๆ อีก ที่เป็นแหล่งสัมปทานเก็บรังนก คือ เกาะสี่ เกาะห้า
ในรัชสมัยสมเด็จพระนารายณ์มหาราช แห่งอาณาจักรอยุธยา จากหลักฐานแผนที่ราชอาณาจักรสยามของชาวฝรั่งเศส ในปี พ.ศ. 2229 บันทึกไว้ว่า บริเวณแหลมสทิงพระแห่งนี้ มีเกาะอยู่ด้วยกันทั้งหมด 5 เกาะ เกาะที่มีขนาดใหญ่สุด อยู่ทางตอนเหนือ ส่วนทางตอนใต้มีเกาะเล็ก ๆ อีก 4 เกาะ กระจัดกระจายกัน ต่อมาในปี พ.ศ. 2383 ตรงกับรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัว แห่งกรุงรัตนโกสินทร์ มีหลักฐานการเดินทางเป็นบันทึกปูมเรือของชาวอังกฤษ ขณะเดินทางผ่านน่านน้ำแถบนี้ ระบุไว้ว่า
แล่นผ่านช่องแคบนครศรีธรรมราชและหมู่เกาะแทนทาลัม การเดินเรือค่อนข้างน่ากลัวเพราะเต็มไปด้วยโขดหิน แต่คนเดินเรือของเราเคยเดินทางผ่านมาแล้วด้วยเรือเล็ก เขาก็อาสานำเรือ ทิวทัศน์ทั้ง 2 ฟากแถบดูใหญ่โตมาก ทางฝั่งเมืองนครศรีธรรมราชเก่า ทิวเขาก็แสดงความอุดมสมบูรณ์แตกต่างกัน คือ ทางยอดเขานั้นรู้สึกโล่งเตียน ไม่เหมือนทางต่ำกว่าที่อุดมสมบูรณ์ของแทนทาลัม นอกจากนี้ยังมีอ่าวเล็ก ๆ ของเมืองตาลุง ราว 4 โมงเย็น เราก็มาถึงนอกเมืองสงขลา
ต่อมาภายหลังระดับน้ำทะเลลดลงจนเกิดการทับถมของตะกอนและทรายตอนบนทำให้เกาะเล็กทั้ง 4 เกาะรวมกันเป็นเกาะใหญ่ เรียกว่า เกาะแทนทาลัม ต่อมาภายหลังลักษณะภูมิประเทศเปลี่ยนไป แผ่นดินของเกาะยื่นออกไปเชื่อมกับแผ่นดินตอนบนที่อยู่ทางนครศรีธรรมราช กลายเป็นทะเลสาบ
ซึ่งดินแดนแถบทะเลสาบสงขลาในอดีตมีความเจริญทางการค้าและวัฒนธรรมเป็นอย่างมาก อันเนื่องจากเป็นท่าเรือ เปิดรับชนชาติต่าง ๆ ทั้ง จีน, อินเดีย และอาหรับ ตั้งแต่พุทธศตวรรษที่ 12-18 ก่อเกิดเป็นชุมชนต่าง ๆ ที่มีความหลากหลายทางวัฒนธรรมและศาสนารายรอบ
น้ำในทะเลสาบสงขลาได้รับน้ำจากเทือกเขาบรรทัดและเทือกเขาสันกาลาคีรีจากอำเภอสะเดา ทั้งหมดไหลลงสู่ทะเลสาบสงขลา ลุ่มน้ำในแถบนี้เรียกว่า "ลุ่มน้ำทะเลสาบสงขลา"
เป็นทะเลสาบที่มีลักษณะของน้ำในทะเลสาบถึง 3 น้ำ คือ น้ำจืด, น้ำกร่อย และน้ำเค็ม มีแม่น้ำและคลองหลายสายที่ไหลเข้าสู่ทะเลสาบแห่งนี้ ทำให้น้ำมีการเปลี่ยนแปลงเสมอตามฤดูกาล โดยขึ้นอยู่กับกระแสน้ำในแม่น้ำสายต่าง ๆ ที่ไหลเข้าสู่ทะเลสาบ และกระแสน้ำทะเลหนุน จึงทำให้มีการเปลี่ยนถ่ายน้ำอยู่ตลอดเวลา
ทะเลสาบสงขลาตามลักษณะทางภูมิศาสตร์ เป็น ลากูน (Lagoon) หรือทะเลสาบที่อยู่ติดกับทะเล (อ่าวไทย) มีปากตอนล่างเปิดเข้าสู่อ่าวไทย สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ช่วงใหญ่ ๆ คือ
ทะเลน้อย เป็นช่วงต้นของทะเลสาบคาบเกี่ยวอยู่กับ 3 อำเภอ 3 จังหวัด อันได้แก่ อำเภอควนขุน จังหวัดพัทลุง อำเภอชะอวด จังหวัดนครศรีธรรมราช และ อำเภอระโนด จังหวัดสงขลา เป็นทะเลสาบน้ำจืด มีพื้นผิวน้ำราว 30 ตารางกิโลเมตร เดิมทีน้ำในทะเลสาบแห่งนี้เป็นน้ำกร่อยเพราะมีการเจือปนของน้ำที่หนุนมาจากทะเลสาบสงขลาที่อยู่ทางต้านใต้ โดยผ่านคลอง 3 สาย คือ คลองนางเรียม, คลองยวน และคลองบ้านกลาง
เป็นสถานที่ ๆ มีความหลากหลายทางชีวภาพมาก ทั้งสัตว์น้ำและนกชนิดต่าง ๆ ทั้งนกท้องถิ่นและนกอพยพ มีปลาหลายชนิดที่หายากและใกล้สูญพันธุ์ อาทิ ปลาดุกลำพัน (Clarias nieuhofii), ปลาตือ (Chitala lopis), ปลาตุ่ม (Puntioplites bulu) เป็นต้น โดยปลาชนิดที่พบมากที่สุดคือ ปลาดุก (Clarias batrachus) จนเกิดการทำเป็นปลาดุกร้าที่ไม่เหมือนกับปลาร้าของภาคอีสาน
เป็นแหล่งอาศัยของ โลมาอิรวดี หรือ โลมาหัวบาตร (Orcaella brevirostris) ถือเป็นแหล่งน้ำจืดที่พบจำนวนโลมาอิรวดีน้อยที่สุดในโลกและเป็นแหล่งที่วิกฤตที่สุดอีกด้วย
ทำให้เป็นแหล่งทรัพยากรธรรมชาติอันอุดม เป็นแหล่งทำการประมงและการเกษตรพื้นบ้านมาอย่างยาวนาน และบริเวณ "พรุควนขี้เสี้ยน" เป็นพื้นที่พรุในอำเภอควนขนุน ถูกประกาศให้เป็นพื้นที่ชุ่มน้ำอนุรักษ์ตามอนุสัญญาแรมซาร์ (Ramsar Convention) นับเป็นแห่งแรกของประเทศไทย เมื่อปี พ.ศ. 2541 และแห่งที่ 110 ของโลก และถูกประกาศให้เป็นเขตห้ามล่าสัตว์ป่าเป็นแห่งแรกของประเทศไทยด้วย เมื่อวันที่ 18 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2518
ในปี พ.ศ. 2467 ดร.ฮิวจ์ แมคคอร์มิค สมิธ ที่ปรึกษาด้านสัตว์น้ำของกระทรวงเกษตราธิการ ได้เดินทางสู่ลุ่มน้ำทะเลสาบสงขลาเพื่อศึกษาความหลากหลายทางชีวภาพ ได้บันทึกถึงชนิดของกุ้งในทะเลสาบสงขลาไว้ว่า