Der Heidesee geht auf eine im 20. Jahrhundert betriebene Kiesgrube der Firma Becker zurück. Direkt im Osten benachbart bestehen noch zwei kleinere namenlose Teiche. Nach Beendigung des Kiesabbaus wurde der See im Sinne des Biotop- und Artenschutzes mit mehreren Inseln sowie das Umfeld für die naturnahe Erholung gestaltet.
Um den See herum führen Wanderwege. Ein Parkplatz fürs Naherholungsgebiet Kirchheller Heide befindet sich etwa 250 Meter vom Ostufer entfernt.
Er bildet zusammen mit seinen beiden Nachbargewässern und einigen umgebenden Flächen das rund 54 Hektar große FFH-Gebiet DE-4407-303 Heidesee in der Kirchheller Heide. Dadurch ist der Bereich Teil des europäischen Schutzgebietsnetzes Natura 2000. Außerdem liegt der Heidesee, ebenso wie der etwa 1,5 km entfernte Heidhofsee, im 1973 eingerichteten Landschaftsschutzgebiet Kirchheller Heide.
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