Adventdalen har sitt utspring ved fjellene Slottet og Tronfjellet, under henholdsvis isbreene Hellefonna og Drønbreen. Den løper deretter rett vestover mot Adventfjorden. Sidedalene er, regnet fra nordvest: Mälardalen, Koslådalen, Helvetiadalen, Arnicadalen, Juvdalen og Brentskaret (med forbindelse til Eskerdalen-Sassendalen i øst) fra nord, og videre innløpende fra sør Janssondalen, Foxdalen, Bolterdalen, Todalen og Endalen. Ved Longyearbyen møtes Longyeardalen og Adventdalen.