Vendelsjön omges till större delen av en sankängsbård i anslutning till åker. Skogbevuxna marker når fram till sjön på den östra sidan i form av uddar men den norra delen av sjön kantas av skog på bägge sidor.
Till stora delar kantas det öppna vattnet av en bladvassbård som sträcker sig runt hela sjön med undantag för några vikar i söder samt den mosaikartade miljön runt Vargropens fågeltorn. Det öppna vattnet täcks sommartid till en stor del av flytbladsvegetation framför allt gul näckros.
Det största tilloppet till sjön är Tegelsmoraån men det finns även ett flertal bäckar/diken som tillför vatten till sjön, till dom större räknas Landboängsbäcken, Hovsbäcken och Brunnbybäcken. Utloppet ur sjön regleras av en vattendom från 1967 och sker genom ett dämme ut i Vendelån som är en av Fyrisåns källflöden. Vid renoveringen av dämmet 2020 byggdes även en fiskvandring som möjliggör för fisken att fritt kunna vandra upp i Vendelsjön.
Största längd 8500 m
Största bredd 950 m
Maxdjup 2,0 m
Medeldjup 1,2 m
Yta 4.3 km2
Volym 5.16 Mm3
Teoretisk omsättningstid på vattnet 40 dygn.