Вилюйское водохранилище создано в 1965—1976 гг. на р. Вилюй в 1345 км от устья в Мирнинском районе Якутской АССР при строительстве Вилюйской ГЭС для получения электроэнергии, водоснабжения городов и промышленных предприятий, улучшения условий водного транспорта, развития рыбного хозяйства.
Площадь водосбора в створе гидроузла составляет 141200 км2.
При НПУ 243,9 м площадь водохранилища равна 217 тыс. га, при уровне минимального объема (УМО) 234 м — 152 тыс. га. Длина водохранилища составляет 480 км, максимальная ширина — 15 км, максимальная глубина — 80 км.
Полная вместимость 35,8 км3, полезная — 17,8 км3.
Водохранилище глубоководное, руслового типа, расположено в зоне многолетнемерзлых грунтов. Сработка воды из водохранилища происходит в осенне-зимний период на глубину 10 м для энергетических целей. Береговая линия сильно изрезана, образует 5 крупных заливов; Ахтарандинский, Дуранинский, Кусаганский, Усть-Чонский и Туойха нинский. Кроме того, в водохранилище имеются и небольшие заливы, приуроченные к малым рекам, впадающим в водохранилище.
Наиболее крупной рекой, впадающей в водохранилище, является р. Чона.
Ихтиофауна водохранилища сформировалась за счет рыб, обитающих в бассейне р. Вилюй. Основными промысловыми рыбами являются сиговые, налим, щука, окунь, плотва. В уловах встречается пелядь, которая вселена в водохранилище в первые годы его образования, а также речные рыбы — осетр, таймень, ленок, тугун, которые приурочены к району подпора и промысловое значение утратили.
Промысловый лов рыбы ведут рыбаки Вилюйского рыбозавода и охотники госпромхоза «Мирнинский» в основном ставными орудиями лова — сетями и вентерями, поскольку зона затопления недостаточно очищена от леса и кустарника.
Промысловая рыбопродуктивность водохранилища составляет около 2,7 кг/га.