La riserva si estende ad est dell'abitato di Rondissone, su una superficie complessiva di 203,62 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.
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 Zona Speciale di Conservazione.
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