Está formado en una depresión sin salida de aguas que recibe al río San Pedro de Atacama y múltiples quebradas por donde se filtra el agua desde la cordillera. Además es el quinto salar más grande del mundo tras: el salar de Uyuni en Bolivia, Salinas Grandes en Argentina, Salinas de Etosha en Namibia, y Gran Lago Salado en Estados Unidos.

El salar abarca 3.000 km², mide 100 km de largo y 80 de ancho.
Exactamente el salar se sitúa entre dos comunas chilenas, respecto a localidades la ciudad más cercana es San Pedro de Atacama (aprox. 55 km al norte) mientras que Antofagasta dista 316 km al noreste.

Este salar posee el 40% de las reservas mundiales de litio y grandes cantidades de bórax y sales potásicas. Aún así, su fauna ostenta grandes cantidades de flamencos en la Reserva Nacional Los Flamencos, situada al norte y oeste del lago, además de otras aves, como ñandús, gansos o patos; y algunos mamíferos como llamas, guanacos, vicuñas y alpacas.

La sal de los salares proviene de la disolución de las sales del suelo por las aguas de lluvia, las que son arrastradas hacia los salares. Luego las aguas se evaporan y las sales aportadas se van acumulando. Como en otros salares, el aire en el salar de Atacama es muy seco, lo que amplia el campo de visión alterando la apreciación de las distancias.