Le lac est situé sur les territoires des communes de Montbel et Léran, dans l‘Est du département de l'Ariège, et s'étend également sur la commune de Chalabre, dans l'Aude. Le barrage est situé sur le cours d’eau la Trière, petit affluent de l'Hers-Vif.

L’alimentation en eau de la retenue de Montbel se fait essentiellement par une dérivation des eaux de l’Hers Vif. La  prise d’eau situé sur la commune du Peyrat oriente une partie des eaux de l’Hers vers un canal gravitaire qui alimente la retenue .

Les eaux emmagasinées en hiver et au printemps (fonte des neiges) servent à compenser les prélèvements d'irrigation de la plaine d'Ariège et du Lauragais  et participe au soutien des débits estivaux et automnaux de l'Hers-Vif  de l'Ariège et si possible de la Garonne.