Con unos 70 kilómetros de largo y 24 de ancho, el lago Mar Chiquita es alimentado principalmente por los ríos Primero y Segundo desde el suroeste y por el río Dulce desde el norte. Si bien estos ríos desembocan en el lago, no existe una salida natural al mar de todo el agua que lo alimenta, por lo que las únicas pérdidas de agua se producen por evaporación, haciendo de la masa de agua lo que se denomina un lago endorreico.
Cuando estos tipos de lagos cuentan con una gran extensión suelen recibir la denominación de mar, y la calificación de mar cerrado o mar interior para remarcar que no están conectados con la principal masa de agua que compone los mares y océanos libres. En este caso la superficie del lago varía considerablemente pudiendo alcanzar una superficie de 6.000 kilómetros cuadrados en su máxima extensión, y perdiendo un tercio de la misma durante su mínimo de agua, quedándose en tan solo unos 2.000.
Varias pequeñas islas adornan sus aguas de las cuales la más importante es el El Médano. En la orilla norte del lago se pueden apreciar también grandes extensiones de marismas salinas. Por otro lado, se sabe que en su seno se reproducen más de 25 especies de aves, por lo que ha sido designado como Sitio Ramsar de Importancia Internacional y es considerado uno de los humedales más importantes de Argentina debido a su rica biodiversidad.