Der Überlinger See befindet sich im nordwestlichen Teil des Bodensees. Der "Finger" des Bodensees wird etwa durch die Fährverbindung von Meersburg nach Konstanz abgegrenzt und reicht bis Bodman-Ludwigshafen.

Die Blumeninsel Mainau liegt an der Konstanzer Seite des Überlinger Sees. Von der Gesamtfläche des Bodensees über insgesamt 538 km² nimmt dieser Teil 61 km² ein und ist damit fast ebenso groß wie der Untersee. Die Meereshöhe der Wasseroberfläche liegt hier bei ca. 395 m ü. NN. Die Wassertiefe des Überlinger Sees ist mit maximal 147 m deutlich geringer als die des Obersees mit 252 m.