Der Altmühlsee liegt in Bayern (Mittelfranken) rund 44 km (Luftlinie) südwestlich von Nürnberg im Landkreis Weißenburg-Gunzenhausen. Der großflächige, aber recht flache Stausee wird durch das überschüssige Wasser der Altmühl bei Hochwasser über den Altmühlzuleiter bei Ornbau-Gern gespeist. Der See hat eine Fläche von 4,5 km², er ist 4 km lang und bis zu 1,7 km breit. Die Tiefe beträgt durchschnittlich 2,5 bis maximal 3 m. Die westlichen 40 % des Sees liegen in einem Naturschutzgebiet, darunter die 125 ha große Flachwasser- und Inselzone, auch Vogelinsel genannt, die aber tatsächlich aus zahlreichen Einzelinseln besteht. Im südöstlichen Seebereich liegt die kleine Hirteninsel. Am nördlichen Ufer liegt Muhr am See, am südöstlichen Gunzenhausen. Rund um den See führt ein 8,5 km langer Wander- und Radweg.Der Altmühlsee ist Teil eines künstlichen Wasserregulierungssystems, das es erlaubt, Wasser aus dem wasserreichen Flusssystem der Donau über die Europäische Hauptwasserscheide in das des Mains überzuleiten. Über den Altmühlüberleiter gibt der See sein Wasser an den Kleinen Brombachsee ab.