Der Marbach-Stausee, der sich nur etwas südöstlich der Gemeinde Mossautal und nur wenig nordwestlich von Beerfelden befindet, ist mit etwa 22 ha Fläche bei Dauerstau und 49 ha bei Vollstau das flächenmäßig größte Stillgewässer des Odenwaldes. Sein Speicherraum umfasst 0,709 Mio. m³ bei Dauerstau und 3,11 Mio. m³ bei Vollstau, sein Einzugsgebiet rund 56 km² Fläche. Die Höhe des Vollstaus beträgt 270,80 m.
Der Stausee wird in West-Ost-Richtung vom namensgebenden Marbach durchflossen, der etwa 1 km unterhalb der Marbach-Talsperre als linker Zufluss in die Mümling mündet. Außerdem wird der See von zwei namenlosen Bächen gespeist. Der am südlichen Ufer mündende Bach entspringt in einem Seitental, dem Meisengrund, und mündet nach rund 1,5 km in den Marbachsee, der hier eine kleine Bucht aufweist.
Bedingt durch seine Tallage weist der Marbach-Stausee eine langgestreckte Form auf; er ist maximal 1,3 km lang und 110 bis 240 m breit. Im heutigen Seebereich war das Tal unbesiedelt, so dass die ausgedehnten Wälder bis fast an den See heranreichen. Am Nordufer trennt die hier verlaufende Bundesstraße 460 das Gewässer vom Waldgebiet. Die Berge nördlich und südlich des Stausees erreichen 409 bzw. 407 m Höhe.