La riserva si estende ad est dell'abitato di Rondissone, su una superficie complessiva di 190 ettari, al confine fra le Province di Torino e Vercelli e nei Comuni di Mazzè, Rondissone e Saluggia. La riserva tutela il tratto del fiume Dora Baltea e del territorio che lo circonda compreso fra la strada Padana Superiore e l'autostrada A4. La zona, erosa dal fiume nel corso dei millenni, creando un tipico e vasto avvallamento fluviale, si trova ad una quota inferiore rispetto al terrazzo alluvionale circostante. Il paesaggio è caratterizzato da ampi ghiareti e spiagge e da interessanti aree boschive con vegetazione di ripa (pioppi, salici, ontani, ecc.) e da pioppeti o robinieti circondati da seminativi e prati. All'interno della riserva si trovano inoltre alcune belle cascine con caratteristiche architettoniche di transizione fra la tipologia canavesana e quella della pianura vercellese. La riserva prende il nome dal vecchio mulino qui presente, ora in corso di restauro. La zona è attraversata dal percorso ciclabile n. 7 del Parco del Po, che proprio in quest'area supera una roggia grazie ad un apposito ponticello in legno inaugurato nel 2005.
La Riserva Naturale Speciale del Mulino Vecchio, oltre che dalla legge istitutiva del Parco del Po, è tutelata anche ai sensi della legge regionale n. 47 del 3 aprile 1995 "Norme per la tutela dei biotopi", della Decisione 85/338/CEE del 27 giugno 1985 e della Direttiva 92/43/CEE del 21 maggio 1992, in quanto è stata giudicata "entità ecologica di rilevante interesse per la conservazione della natura" e pertanto sottoposta a vincolo ambientale-paesaggistico ai sensi della legge 8 agosto 1985, n. 431 e della normativa europea, che la ha riconosciuta quale S.I.C - Sito di Importanza Comunitaria (codice IT1110050).
Il Mulino Vecchio è anche Sito di Importanza Comunitaria: Sic Mulino Vecchio