Длина — 35 км, максимальная ширина — 10 км, глубина — до 5 м[2]. Площадь — 170 км²[1], 224 км²[2]. Впадает река Молочная. От Азовского моря отделён косой Пересыпь, с морем соединён одной протокой.
В период 1974—2010 года акватория Молочного лимана была гидрологическим заказником общегосударственного значения с одноимённым названием, а с 2010 года стал частью Приазовского национального природного парка. В 1995 году лиман был включён в перечень водно-болотных угодий международного значения, подпадающих под действие Рамсарской конвенции[3].
Молочный лиман омывает берега Мелитопольского района Запорожской области. В лиман впадают реки Тащенак, Джекельня, Молочная, которая и дала название лиману.
В конце XV века пролив, соединяющий лиман с морем, закрылся, и Молочный лиман стал озером. Его солёность была высокой и нестабильной, колеблясь от 25 г/л в 1929 году до 60 и более в 1939 году.[5]
В 1943 году Молочный лиман был соединён с Азовским морем искусственным проливом. Это стабилизировало гидрохимические показатели, в частности, солёность воды. Именно в эти годы отмечалось максимальное видовое разнообразие рыб в лимане.[5]
С 1974 года пролив, соединяющий лиман с морем, работает нерегулярно. Обязанности по расчистке пролива возложены на кирилловский рыбколхоз «Сыны моря», однако необходимые работы практически не проводились[6]. Только в 2008 году были выделены деньги на расчистку пролива[7].