El lago tiene un desarrollo longitudinal este-oeste, con una longitud de aproximadamente 104 km (medidos a lo largo del eje longitudinal del lago), de los cuales 13,5 km se encuentran en territorio chileno y el resto en territorio argentino.
El desarrollo longitudinal del lago está vinculado a la falla Fagnano-Magallanes, límite transformante entre las placas Sudamericana y Scotia.
En el último máximo glacial, todo su cuenco estaba ocupado por un extenso lóbulo glaciar que fluía hacia el este.
Los selknam, pueblo indígena que habitaba en la isla Grande de Tierra del Fuego desde aproximadamente el siglo XIV tras irrumpir desde la Patagonia continental, llamaron al lago Kakenchow (agua grande), o Kami (alargado).
Fue rebautizado como lago Fagnano en honor al sacerdote católico salesiano monseñor José Fagnano, quien fuera el primer Administrador Apostólico de la Patagonia Meridional, Tierra del Fuego y Malvinas con sede en Punta Arenas.