Elva dannes ved samløpet mellom elvene Holston og French Broad øst for Knoxville. Fra Knoxville renner den mot sørvest gjennom den østlige delen av delstaten Tennessee, forbi byen Chattanooga og inn i Alabama. Den krysser over den nordlige delen av Alabama og danner deretter grense mellom Alabama og Mississippi over en kort strekning i den oppdemmede Pickwicksjøen (Pickwick Lake), før den igjen renner inn i Tennessee. Tennessee-Tombigbee-kanalen, et av U.S. Army Corps of Engineers prosjekter, som muliggjør skipstrafikk på elva Tombigbee og gjennom dette forbindelse til havnebyen Mobile, munner ut i Tennessee nær grensa mellom delstatene Tennessee, Alabama og Mississippi. Kanalen reduserer seilingsavstanden fra Tennessee, Nord-Alabama og det nordlige Mississippi til Mexicogolfen med flere hundre kilometer. Den nedre delen av Tennessees løp ligger i Kentucky, og elva munner ut i Ohio ved Paducah.