Река Баргузин впервые описана Николаем Спафарием в 1675 г.  ("А река Баргузин - река великая…"). Река вытекает из озера Балантамур Южно-Муйского хребта на высоте около 2500 м, имеет длину 480 км, площадь бассейна более 21100 кв. км, средний расход воды в устье 132 м/с. Судоходна на 204 км от устья (пос. Усть-Баргузин) до села Могойто ("змеиный"). Река Баргузин - это третий по объему после Селенги и Верхней Ангары водный приток Байкала. Падение его от истока до устья составляет 1344 м, средний уклон 2,8 %.

В верховьях на расстоянии около 110 км река течет в узком ущелье с большим падением и стремительным течением. В районе истоков реки много горных озер ледникового происхождения. Из них крупные: оз. Амут (эвенкийское) - "озеро", "море" - на высоте 1465 м, с площадью около 1000 га, длина 7 км, оз. Малан-Зурхэн (бурятское) - "плешивое сердце (т. е. с белым пятном)", и другие. Они достаточно глубоки, вода в них холодная, прозрачная, множество рыбы - таймень, сиг, хариус, щука, налим, сорога. Начиная от местности Умхэй (местный курорт с горячим родоновым источником) вниз, долина Баргузина расширяется до 30 - 40 км. Здесь река течет по обширной тектонической впадине, некогда занятой озером, а ныне заполненной озерно-речными отложениями. Днище долины - ровное, заболоченное, разветвляется на несколько рукавов, образует протоки, петли, старицы и соединяется со множеством  озер. Озера соединяются друг с другом, создавая общую речную сеть с непроходимыми болотами, зарослями высоких тростников, в которых обитает большое количество водоплавающих птиц. Большинство озер имеет площадь от 2 до 10 га. Таких озер насчитывается в долине не менее 1076. Среди них около 20 горько-соленых озер.

Река течет по правой стороне своей широкой долины, прижимаясь к крутым склонам Баргузинского хребта, а левобережная сторона широкая, плоская, постепенно повышаясь, переходит к окружающим Икатскому и Голондинскому хребтам. Здесь, на более или менее возвышенных, слегка наклоненных склонах у края горно-лесных пространств встречаются довольно обширные степи и лесостепи - местное название - "куйтуны". Такие куйтуны встречаются в бассейнах рек Читкана, Уро, Ины, Улан-Бурга, Аргады, Гарги и других, а также по правобережью Баргузина в районе Курумкана. На куйтунах в некоторых местах на песчаных почвах встречаются сосновые боры и незакрепленные пески. Леса занимают нижние склоны гор по обе стороны долины р. Баргузина. Левобережье покрыто обширными массивами сосновых, лиственнично-сосновых и лиственничных лесов, местами заболоченных. По правобережью леса занимают нижние  крутые узкие склоны Баргузинского хребта, перемежаясь со степными участками на южных склонах гор - марянами. В лесах много промысловых зверей, ягод, грибов и лекарственных растений. Значительные площади в Баргузинской долине заняты развеивающими или слабо закрепленными песками, общая площадь которых составляет 10 тыс. га.

Ниже села Баргузина река течет по узкой ущелистой долине. Здесь она, пересекая отроги Баргузинского хребта, образует бурный порог - Шаманский, в 10 - 12 км от Баргузина. Порог проходимый крупными судами. На скале близ шоссейной дороги сохранились наскальные рисунки древнего человека. Место считалось шаманской святыней эвенков, от чего порог получил название "шаманского". У местного русского населения есть предания о якобы  появляющихся здесь "привидениях". С порогом связано одно из событий гражданской войны, когда зимою 1919-1920 годах жители Баргузина держали здесь оборону, не пропуская в долину превосходящие военные силы белогвардейцев генерала Сукина.

В своем нижнем течении река снова выходит на широкую, низменную, болотистую равнину, примыкающую к Баргузинскому заливу, в который река впадает одним руслом без дельты. В Баргузин впадает много крупных притоков.

Река Баргузин богата рыбой, преимущественно пресноводной, местное название "соровой" рыбы: щука, карась, язь, сазан, подъязок и другой; известна как река нерестовой миграции омуля баргузинской популяции, однако его численность в настоящее время существенно сокращена.