С юга она ограничена высочайшим в Сибири Катунским хребтом, который несёт мощное современное оледенение. Абсолютные отметки Катунского хребта достигают 4500 м (высота горы Белухи — 4506 м). На севере впадина ограничивается Теректинским хребтом, также имеющим современные, преимущественно каровые и склоновые ледники. Речные долины обоих хребтов имеют в верхних частях профиль трогов с разным набором хорошо развитых конечных морен. Большинство морен подпруживают озёра, самые крупные из которых относятся к Катунскому хребту. Днище котловины слабо наклонено к востоку. Оно заполнено рыхлыми полифациальными отложениями, среди которых протекает река Катунь. Урез Катуни на выходе из котловины (гидроствор Катанда) составляет 904 м над уровнем моря.
Заключение о возникновении здесь большого озера постулировалось на следующем основании: поскольку ледники Катунского хребта переполняли долину Катуни ниже котловины, то сток из последней был подпружен, и котловина заполнялась водой[1][2][3][4]. Однако это справедливое допущение до последнего времени не находило подтверждения надёжным фактическим материалом. Напротив, ещё в 1914 году В. А. Обручев обнаружил в центральной части котловины длинный извилистый в плане вал, охарактеризованный им как оз[5]. Позднее Е. В. Девяткин с коллегами утверждали, что «оз Обручева» на самом деле имеет эрозионное происхождение, а в пределах Уймонской котловины ледниковых образований быть не может, потому что ледники бассейна Катуни и её притоков вообще не доходили до впадины, а оканчивались в горах. Так же считали и Г. Ф. Лунгерсгаузен и Г. А. Шмидт, отмечая, что «оз Обручева» — это береговой вал древнего озера[6]. В 1973 году П. А. Окишев описал целую серию таких валов и доказал правоту гипотезы В. А. Обручева. Однако этим самым он показал и то, что Уймонская котловина заполнялась льдом, то есть была ледоёмом[7]. Выдвижение ледников Катунского хребта в долину реки Катуни, как сказано выше, рассчитывалось по формуле Л. А. Варданянца. Однако ещё в середине прошлого века М. В. Тронов писал, что при разработке своей модели Л. А. Варданянц не учитывал эффекта ледникового подпруживания. С учётом последнего при депрессии снеговой линии в 1150 м Катунский, например, ледник не мог иметь размеры, показанные на схеме Л. А. Варданянца. Поэтому М. В. Тронов полагал, что либо депрессия снеговой линии была намного меньше, либо Катунский ледник должен был продвигаться гораздо дальше, то есть выходить в Уймонскую котловину[8].