No coração do Parque Nacional de Brasília, é formada pelo represamento dos córregos Vargem Grande, Barriguda e Milho Cozido, também nascidos dentro da unidade de conservação. Junto com a pequena barragem do Torto, a represa de Santa Maria forma um complexo que abastece com água potável cerca de 30% da população de Brasília.
Sua construção, nos anos ´60, provocou degradação de extensas áreas de cerrado, até hoje sob trabalho de pesquisa e recuperação. Não se permite visitação pública. A principal ameaça é o fogo, que costuma atacar o parque nos meses de seca (junho a outubro), e a presença de assentamentos próximos às cabeceiras, na área 2 da Floresta Nacional, além do maior lixão do Distrito Federal, cujo chorume estaria contaminando os lençois freáticos da vertente onde se situa o complexo Santa Maria/Torto.