Der Heilige See liegt im Stadtgebiet von Potsdam nordöstlich des Stadtzentrums zwischen der Berliner Vorstadt und dem Neuen Garten. Zusammen mit dem wesentlich tieferen, 1,6 Kilometer nördlicher liegenden Sacrower See und dem Groß Glienicker See bildet er eine Seenkette, die in einer eiszeitlichen Rinne liegt.