Elva har utspring fra Sygneskarsbreen, og renner først mot nord gjennom Sygneskaret ned til Sunndalssætra. Her bøyer den av mot vest, og fortsetter ned den trange Sunndalen. Flere sideelver danner fosser i de bratte dalsidene, hvorav den mest kjente er Tverrelvfossen i Tverrelva. Nederst i Sunndalen går elva gjennom et trangt gjel, som er rundt 700 meter langt og opptil 100 meter dypt. Ved Grov løper Sunndøla sammen med Hjelledøla, som fortsetter videre ned til Oppstrynsvatnet.