Der Aartalsee liegt im oberen Aartal in den Gemeinden Bischoffen und Hohenahr des Lahn-Dill-Kreises, nördlich von dessen Kreisstadt Wetzlar und nordwestlich von Gießen in Hessen. Neben dem Kernort Bischoffens liegen die Dörfer Ahrdt und Mudersbach direkt am See; beide gehören der Gemeinde Hohenahr an.