于台北市士林区、北投区。其上游为内双溪，发源于大屯火山群擎天岗附近，先向南流后转向西，与右侧流入之菁礐溪（碧溪）会合后，始称为外双溪。续往西流汇集各支流后，由双溪口进入台北盆地；再与磺溪（紫明溪）会合后，于洲美后港二号桥附近注入基隆河。外双溪流域有芝山岩、双溪公园、中影文化城、国立故宫博物院、圣人瀑布等景点，磺溪上游则有多处温泉，均为着名的旅游胜地。东吴大学外双溪校区系临外双溪，联外道路因而得名「临溪路」。台北捷运淡水信义线在芝山站与士林站间跨过外双溪。