乌梁素海位于巴彦淖尔盟乌拉特前旗境内，湖区界于40°47¢—41°03¢N，108°43¢—108°57¢S，湖面高程平均值为1018.5米，库容量为2.5—3亿平方米，最大水深3.9米，80%水域水深为0.8—1.0米。据1996年9月5日TM卫星遥感图像显示，乌梁素海水域面积273.32平方公里，其中芦苇区面积为112.97平方公里，明水区面积为107.13平方公里，其余为沼泽区，明水区中85.70平方公里为沉水植物密集区。

乌梁素海是于1850年由黄河改道而形成的河迹湖，河套灌区农田排水经乌加河汇入乌梁素海后由西山嘴的河口排入黄河。乌梁素海属于河套灌区排灌水系的重要组成部分，对灌区排水和控制盐碱化起着关键作用。

乌梁素海湿地是我国北方候鸟重要的迁徙和繁殖地，共有鸟类210种另4亚种，属国家一、二级保护的珍稀鸟类30种，其中有黑鹳、白尾海鵰、大鸨、白琵鹭和遗鸥5种世界濒危鸟类，是国际湿地公约中重要的湿地生物多样性保护区。

乌梁素海大型水生植物共6科6属11种，均属世界广布种，以芦苇和龙须眼子菜、穗花狐尾藻为优势种。2000年芦苇产量约为12万吨（干重），水草生产量约为90万吨（鲜重），水草生物量（鲜重）最高为22.50公斤/平方米，平均为12.85公斤/平方米。