于座落埼玉县、山梨县、长野县三县境界的甲武信岳（）南侧。经许多小支流的汇流，流经佐久盆地、上田盆地一路向北，在长野盆地（善光寺平）的川中岛与另一条重要支流犀川汇流，之后转东北方向进入新潟县变更名称为信浓川。穿越十日町盆地在越后平原与鱼野川汇流，最后经过新潟市注入日本海。信浓川出海口与阿贺野川的出海口相当近，在某些时代两条河川也曾在新潟境内汇流，共用同一个出海口。
历史.千曲川流域曾被发掘出许多旧石器时代的遗迹，古早在约五万年之前，当时日本还是与大陆相衔接的时代，发现过生物的化石以及