Der Bistensee entstand während der Weichsel-Eiszeit, die vor etwa 70.000 Jahren begann. Vor rund 13.000 Jahren formte ein mehr als 3.000 Meter mächtiger Gletscher bei seinem Rückzug das heutige Tal mit seinem Schmelzwasser und hinterließ beeindruckende Moränenlandschaften. Diese prägen heute die Hüttener- und Duvenstedter Berge mit Höhen von bis zu 72 Metern. Besonders bemerkenswert ist die Wasserscheide östlich des Bistensees: Während der See selbst in die Nordsee entwässert, fließt der benachbarte Wittensee, der in Sichtweite liegt, zur Ostsee ab.

Der Bistensee umfasst eine Wasserfläche von etwa 1,54 km² und liegt knapp 12 Meter über dem Meeresspiegel. Mit einer durchschnittlichen Tiefe von 7,5 Metern erreicht er an seiner tiefsten Stelle 14,3 Meter. Die maximale Länge beträgt 2.516 Meter, die größte Breite 828 Meter.

Im Nordosten des Sees mündet die „Junge Sorge“, die ihn im Westen als „Sorge“ wieder verlässt. Der Fluss gilt unter Kanu- und Kajakfahrern als Geheimtipp und der Bistensee selbst ist bei Anglern eines der schönsten Fischreviere Schleswig-Holsteins.

Zur Gewährleistung der Wasserqualität wird der See regelmäßig durch amtliche Kontrollen überwacht.