Озеро Гольцовое расположено на низменности, протянувшейся от западного берега (Крестовая губа) к восточному (залив Медвежий). Образовано подпором воды грядами конечных морен горного ледника при его отступлении, в длину достигает 26 км. Из озера вытекает река Северная Крестовая, впадающая в Крестовую губу.
С севера к озеру спускаются ледники. Питание смешанное, с преобладанием ледникового. На берегах озера располагаются птичьи базары.