Der See liegt südöstlich von Bitterfeld, nördlich von Delitzsch und umschließt zusammen mit dem Muldestausee die im Zentrum der Landschaft liegende Ortschaft Pouch. Die Seenlandschaft umfasst weiterhin den Seelhausener See, den Muldestausee und den Bernsteinsee. 1998 wurde die Flutung des ehemaligen Tagebaugebietes mit der Einleitung von Muldewasser begonnen. Das Vorhaben wurde jedoch nicht erst 2006, sondern bereits im Jahre 2002 abgeschlossen: Ein durch das Muldehochwasser ausgelöster Bruch des Muldendammes ließ das Gewässer innerhalb von zwei Tagen um 7 Meter bis weit über den Sollpegelstand volllaufen, sodass es überlief und die naheliegende Stadt Bitterfeld teilweise unter Wasser setzte (maximaler Wasserstand 78,64 m ü. NHN, Sollwasserstand heute 75 m ü. NHN.
Der Große Goitzschesee wurde bis 2006 von der Lausitzer und Mitteldeutschen Bergbau-Verwaltungsgesellschaft (LMBV) saniert. Es ist ein Erholungs- und Naturschutzgebiet entstanden.
Im Juni 2005 wurde der See für Wassersport und touristische Nutzung freigegeben. Das Angeln ist mit einem Fischereischein an einigen Stellen bereits gestattet.
Seit dem 8. Juli 2005 ist der Uferbereich vom Bitterfelder Fritz-Heinrich-Stadion bis zum Pegelturm fertiggestellt. Es entstand eine weitläufige Uferzone mit Festplatz, Badestränden, Campingplatz, einem Hafenbecken an der Berliner Straße in Bitterfeld und zwei Marinas.
Große Teile des Sees im Bereich Bärenhof wurden vom BUND erworben und sind als Naturschutzgebiet ausgewiesen.
Um den See herum wurden verschiedene Kunstprojekte realisiert: Auf der Halbinsel Pouch befindet sich neben der Veranstaltungsarena Agora mehrere Landschaftskunstobjekte, der Bitterfelder Bogen steht westlich der Goitzsche und die Goitzschewächter von Anatol Herzfeld im Süden, nahe dem Paupitzscher See.
Seit dem Jahr 2004 finden auf der Goitzsche bei der Halbinsel Pouch im August Motorbootrennen (Welt-, Europa- und Deutsche Meisterschaften in unterschiedlichen Klassen) statt. Die Veranstaltung ist mit dem größten Volksfest der Region, dem Goitzsche-Fest, verbunden. Jährlich strömen am zweiten Augustwochenende rund 100.000 Besucher auf die Halbinsel.
Außerdem wird seit 2006 jährlich der sogenannte Goitzsche-Marathon in verschiedenen Disziplinen (u. a. auch mit Inlineskates) entlang des Sees ausgetragen.
Das Gewässer ist seit der kompletten Flutung des Geiseltalsees im Jahr 2011 der zweitgrößte See im Mitteldeutschen Seenland.