1994年1月13日，武汉市蔡甸区人民政府批准建立“武汉沉湖珍稀湿地水禽自然保护区”，1995年10月6日，武汉市人民政府办公厅批为市级，2006年晋升为省级。属自然生态系统类的内陆湿地和水域生态系统类型自然保护区，主要保护对象是长江中下游典型淡水湿地生态系统，东方白鹳、黑鹳等多种珍稀水禽及其栖息地。该区东方白鹳越冬种群数量为长江中下游之首而闻名国内外。

保护区地貌上属于现代冲积性江汉水网平坦平原东缘，汉江河漫滩斜面，长江河漫滩斜面与汉阳丘陵性红土台地接合部地貌类型单一，除北部部分地区为波状平原外，其余皆为低洼平原，组成物质为河湖沉积物。海拔高程在17.5~21m之间，由多个碟形洼地复合构成。由沉湖、王家涉湖、张家大湖、黄丝河、芦苇场及消泗垸、曲口垸等组成，湖底海拔不到18m，形成江汉平原上最大的典型洪泛水湖泊，也是我国距离特大城市最近的一处重要湿地。沉湖北面黄丝河自西向东，南面东荆河（又称长河）自西向东在黄陵闸汇合流入长江。枯水期出现大片沼泽草甸，形成浅湖与沼泽草甸相连接的湿地生态系统，且各自成为系统的碟形湖泊，属于吞吐型、季节性的浅水型湖泊，为越冬水禽提供了优良的栖息环境，尤其是涉禽。属于中亚热带湿润季风气候，具有冬冷夏热，雨热同季，四季分明，雨量充沛，光照充足，无霜期长的特点。土壤分布主要以潮土、水稻土为主，在湖滩有少面积的草甸土分布。

据调查，浮游植物8门42科85属199种（其中蓝藻门4科12属30种，甲藻门4科4属7种，隐藻门1科1属3种；金藻门4科5属8种，黄藻门2科2 属3种，硅藻门10科7属54种，裸藻门1科4属15种，绿藻门16科39属79种）；维管植物74科198属315种，其中，蕨类植物6科6属7种；裸子植物（人工栽培）2科5属5种，被子植物66科187属303种。国家二级保护野生植物有水蕨、莲、野菱3种。浮游动物3门4纲92种（肉足类16种、纤毛虫类18种、轮虫类36种、枝角类16种、桡足类6种）；底栖动物3门5纲11目29科73种（环节动物1纲1目2科14种，软体动物2纲3目8科27种，节肢动物2纲7目19科32种）。鱼类6目13科55种；两栖类1目4科4属10种；爬行类2目8科22属28种；鸟类15目38科153种；兽类6目12科23属26种。国家重点保护野生动物28种，其中一级8种，全部是鸟类，即东方白鹳、黑鹳、中华秋沙鸭、金雕、白尾海雕、白头鹤、白鹤和大鸨；二级20种，即两栖类1种：虎纹蛙，鸟类18种：卷羽鹈鹕、白琵鹭、白额雁、鸳鸯、小天鹅、鸢、苍鹰、白尾鹞、鹊鹞、白头鹞、乌雕、游隼、燕隼、红隼、灰鹤、褐翅鸦鹃、红角­­鸮和雕鸮，兽类1种：河麂。沉湖自然保护区建立前后，在保护和研究东方白鹳等珍稀湿地水禽资源、维护湿地生态系统的稳定方面发挥了作用。