Little Minnesota springer ut fra Coteau des Prairies i Marshall County (Sør-Dakota), Sør-Dakota i nærheten av byen Veblen, og renner hovedsakelig i sørøstlig retning gjennom Roberts County, hvor den tar med seg to sideelver, og Jorgenson River. I nærheten av delstatsgrensen mot Minnesota passerer elven med en avstand på ca en km Lake Traverse, som er en del av vassdraget tilknyttet Hudsonbukta. Elven går inn i Minnesota gjennom byen Browns Valley, og munner ut i Big Stone Lake, som dreneres av elven Minnesota. Området mellom Lake Traverse og Big Stone Lake er kjent som Traverse Gap (), og ble dannet av Glacial River Warren, som drenerte Lake Agassiz (den tidligere sjøbunnen er nå kjent som Red River Valley) mot slutten av siste istid.