A Velencei-tó környéke a Velencei-hegységből és annak déli oldalán húzódó süllyedékterületből áll, melynek egy részét maga a Velencei-tó tölti ki. A süllyedékterület a kőzetlemezek mozgása következtében, árkos vetődéssel alakult ki.
A Velencei-tó Magyarország harmadik legnagyobb természetes tava, vízellátását a Császár-víz (Császár-patak) biztosítja, mely a Vértes déli részének felszíni- és felszín alatti vizeit szállítja a Velencei-tóba. Az időszakonként szükségessé váló vízutánpótlást pedig a Pátkai- és a Zámolyi-víztározó biztosítja.
A tó az évezredek folyamán többször is közel került a kiszáradáshoz, utoljára az 1860-as évek első felében. 1863–1864 telén a Velencei-tó sekély vize fenékig befagyott, a halállomány jelentős része elpusztult. Ezért a Fejér Megyei Gazdasági Egylet kérte a tó körüli birtokosokat, hogy újból telepítsék be hallal, az állomány megóvása érdekében, valamint mielőbb rendezzék a vízszintingadozás kérdését is.
Többször felmerült a Velencei-tó lecsapolásának gondolata is, melyet elsősorban a közbirtokosok szorgalmaztak. Az remélték, hogy a mezőgazdasági művelés alá vonható területeiket ilyen módon jelentősen növelhetik. 1792-ben felméréseket is végeztek a lecsapolás lehetőségeivel kapcsolatban, de a lecsapolási tervről végül lemondtak.
A Velencei-tó vízszintjének szabályozására és a Nádas-tó lecsapolására végül 1888-ban alakult meg a Dinnyés-Kajtori Tólecsapoló Társulat, amely a csatornát egész a Sárvízig megépítette. A XIX. század végén már nem a tó lecsapolására, hanem éppen ellenkezőleg a Velencei-tó vízminőségének és vízszintjének szabályozására törekedtek.
Az 1930-as évektől megváltoztak a Velencei-tóval és térségével kapcsolatos tervek. Az idegenforgalom, a partrendezés került előtérbe, egyre inkább háttérbe szorult a halászat, a nádtermelés és a vízi szárnyasok vadászata. 1974-től a Velencei-tó horgászvíz lett, ezzel véglegesen megszűnt az üzemi halászat a tavon.
Chernel István ornitológus nyomán a Velencei-tó madárvilága nemzetközileg is ismertté vált. Radetzky Dezső ornitológus kezdeményezésére pedig a Magyar Ornitológusok Szövetsége Dinnyésen madártani megfigyelő állomást létesített, melyet gróf Klebelsberg Kunóról neveztek el.
Radetzky Dezső fia, Radetzky Jenő, a háborúban elpusztult Dinnyési madártani megfigyelő állomás pótlására létrehozta az agárdi Chernel István Madárvárta-t. Javaslata alapján pedig az Országos Természetvédelmi Tanács 1958-ban védetté nyilvánította a tó délnyugati részét, létrehozva ezzel a Velencei-tavi Madárrezervátumot.