主流上游为上坪溪，其最远源流为霞喀罗溪，发源于雪山山脉标高2,512公尺之桧山西北侧，向西北流至石鹿转西流，至民生转向北流，经土场、清泉，于桃山与麦巴来溪会合后，改称上坪溪。续向北流经五峰、上坪，于下公馆附近与油罗溪会合后，始称头前溪。本流转向西北流经竹东、头重埔、旧社，最后跟凤山溪会流，于南寮注入台湾海崃。头前溪的落差大，平均坡降比约1:190，在夏季常造成山洪，如新竹五峰乡、尖石乡在台风季节，都被列为土石流高度警戒区。头前溪流经知名的新竹科学园区，由于竹科用水量大，但头前溪属短促型的急流，枯水