Vindelälven starter nær grensen mot Norge i den sørlige delen av Arjeplog kommune, og renner sørøstover gjennom hele Sorsele kommune, inklusiv innsjøen Storvindeln, passerer gjennom Vindeln kommune og en liten del av Umeå kommune, og ender opp i Vännäs kommune hvor den munner ut i Umeälven like øst for Vännäsby, 25 km fra Bottenviken. På sin vei passerer den Ammarnäs, Sorsele, Rusksele, Åmsele og Vindeln. Vindelälvens største sideelv er Laisälven.