Aksu har utspring fra Semjonovbreen lengst øst i Kirgisistan, i Tien Shan-fjellene nær grensa mot Kasakhstan. Herfra renner den først mot vest, før den snur mot sør og bryter gjennom høyfjellene og inn i Xinjiang helt nord i Tarimbekkenet. Ved byen Aksu, som ligger på 1 270 moh, løper den sammen med sideelva Toshkan, som kommer inn fra vest. Etter samløpet renner elva videre mot sør og inn i den nordligste utkanten av Taklamakan-ørkenen, hvor den munner ut i Tarim-elva. Aksu er den eneste av Tarims kildeelver som renner hele året.