神奈川県川崎市宮前区水沢に源を発する。多摩丘陵東部にあたる川崎市西部台地の森が貯えた水が、宮前区の丘陵地の谷あいを東へ流れ、高津区久地地先で多摩川右岸の霞堤開口部に合流する。本流とは別に、麻生区東百合丘を源とし、多摩区長沢を流れ宮前区初山で合流する支川を持つ。
宮前区水沢の水源地は横浜市青葉区との市境に位置し、早渕川の水源域（つまり多摩川水系と鶴見川水系の分水嶺）でもあるが、近年になり両側ともに急速に宅地化が進んだため保水力が低下しており、川崎市内の一部については「水沢の森（菅生緑地）」として保全されている。
現在は二ヶ領本川（二ヶ領用水の一部区間）およびその支流の五反田川と山下川も、平瀬川の支流として管理されている（#歴史の項を参照）。
歴史.
なお、このとき高津区久地に新造された流路を特に「新平瀬川」と呼ぶことがある。
本来は個別の流路であった二ヶ領用水の一部区間（これを特に「二ヶ領本川」または「新川」とも呼ばれる）および五反田川・山下川は、この改良事業以降、平瀬川の支流として管理されることとなった。
平瀬川の水源地である水沢、長沢一帯は、かつては川崎市水道局の水源としても利用されていたほど豊富な地下水を貯えていた。しかし近年の都市化に伴う森林喪失による保水力低下、および周辺人口の急増、県西部に相次ぎ建設されたダムからの引水施設の整備等により、水道水源としては利用されなくなったが、現在でも水量こそ少ないものの良質の地下水を産し、川崎市水道局が水源に利用していた井戸水をペットボトルに入れ「恵水（めぐみ）」として頒布したり、地ビール作りなどにも利用されている。
なお、津田山をくぐる平瀬川トンネルのうち初期に造られたものは老朽化が問題となっており、河川を管理する川崎市では改修を計画している。
支流.
このほか流域の山から平瀬川に注ぐ沢が多数存在するが、これらの沢はいずれもコンクリート護岸やフタで覆われている。沿川の急激な宅地開発により森林の保水力が衰えていることから、現状では雨水を流す側溝として機能している面が大きい。
流域の自治体.
支川が麻生区および多摩区を流れる。
周辺.
上・中流域.