Da gletsjerne under sidste istid havde trukket sig tilbage, efterlod de store blokke af begravet is. Når isblokkene smeltede, opstod der dybe lavninger i landskabet. Dystrup-Ramten Søerne ligger i sådanne dødishuller.
Dystrup Sø er den nordligste af de to og har et areal på 26 ha og en gennemsnitsdybde på 1,0 m. Den aflange Ramten Sø strækker sig fra landsbyen Ramten mod nord til Dystrup Sø, som den er forbundet med via en kanal. Ramten Sø har et areal på 29 ha og en gennemsnitsdybde på 1,2 m. Søerne har deres udløb gennem Nimtofte Å, som udspringer i den sydvestlige ende af Ramten Sø.
Fra slutningen af 1800-tallet og frem til 1937 var søerne i perioder helt eller delvis tørlagte. Herefter opgav lodsejerne tørlægningen. For store omkostninger og modstand i lokalbefolkningen medførte, at Hedeselskabets ansøgning om støtte til en ny afvanding af Dystrup-Ramten Søerne blev afvist af Statens Landvindingsudvalg i 1944.
I 1970’erne var begge søer temmelig forurenede. I dag ledes spildevandet fra Ramten ikke længere til Ramten Sø, og møddingsudløb er stoppet, hvilket har forbedret søernes tilstand noget.
Antallet af fredfisk i søerne var meget højt og reducerede zooplanktonet i en sådan grad, at det ikke formåede at holde algerne nede. For at fremskynde udviklingen mod klarere vand valgte det daværende Århus Amt at foretage biomanipulation. Mellem 1998 og 2004 blev der i alt opfisket 30 tons fisk fra søerne. Desuden blev der 1995‑2005 udsat 190.000 geddeyngel i søerne. I de følgende år voksede bestandene af gedder og rovlevende aborrer, mens andelen af både skalle og suder faldt. Vandet blev klarere i begge søer, og Dystrup Sø fik en udbredt undervandsvegetation. Desværre var forbedringen ikke permanent. I Ramten Sø åd knopsvaner og blishøns formentlig vandplanterne, mens bestanden af fredfisk voksede i begge søer. Efterhånden blev søernes vand uklart igen.
I Dystrup Sø domineres undervandsvegetationen af tornfrøet hornblad, som suppleres af mindre bestande af græsbladet, kruset og børstebladet vandaks. Ud over nogle spredte forekomster af kruset vandaks har Ramten Sø ingen vandplanter. Dele af bredderne omkring begge søer har en veludviklet rørskov af tagrør, bredbladet dunhammer og søkogleaks.
Søerne er meget fuglerige, og ynglefuglene tæller bl.a. toppet lappedykker, knopsvane, grågås, gravand, blishøne, vandrikse og rørhøg. Tidligere ynglede også sorthalset lappedykker og rørdrum i Dystrup Sø, men de er nu forsvundet. I den nærliggende Huldremose er der en mindre hættemågekoloni.
Af hensyn til fuglelivet og de rekreative værdier samt for at beskytte det veludviklede og særprægede dødislandskab blev Dystrup-Ramten Søerne fredet i 1971.
