Esta laguna salada se ubica en el extremo Noreste de la Provincia de Córdoba, entre los 30°20' y 31° de latitud sur y los 62°40' y 63°10' de longitud oeste. Comprende territorios de los departamentos de Tulumba, Río Primero y San Justo, ocupando una depresión de aproximadamente 80 km en dirección Norte-Sur y 45 km en dirección Este-Oeste.
El espejo de agua es de 2.000 a 4.500 km² para los niveles medios, que se corresponden a cotas de 66 y 69 msnm respectivamente.
Es el mayor cuerpo de agua de la República Argentina según su superficie, la cual varía a su vez considerablemente con los niveles por tratarse de una laguna poco profunda y de una zona de llanura, especialmente al Norte.
Está limitada lateralmente por dos escalones aproximadamente paralelos, uno al Oeste denominado Barranca del Saladillo y otro al Este conocido como Borde de los Altos. En el borde inferior con dirección Este-Oeste corren las elevaciones de Alto de Chipión.
El fondo o parte más baja de la depresión es ocupada por la Laguna de Mar Chiquita, ubicada en el extremo Sur de la cuenca, desde donde el suelo se eleva suavemente hacia el Norte hasta perderse en las llanuras de Santiago del Estero y algo más abruptamente en los demás rumbos.