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La Venoge prend sa source sur le territoire de la commune de L’Isle à l’ouest du village à une altitude de 762 m. De là elle s’écoule jusqu’au lac Léman en sillonnant le canton de Vaud. Son premier affluent est la Chergeaule qui la rejoint dans le village de l’Isle. De là, elle continue sur la commune de Cuarnens puis elle est rejointe par la Morvaz à la triple frontière entre les communes de Cuarnens, Moiry et Chevilly. Elle marque d’ailleurs la limite entre ces deux dernières communes avant que Ferreyres ne vienne remplacer Moiry. Depuis cette même commune arrive la Voualève qui la rejoint avant que le Veyron ne la rejoigne au point de triple limite entre les communes de Ferreyres, Chevilly et La Sarraz qui se nomme la Tine de Conflens. De là, la rivière suit un vallon escarpé dont le poète Jean Villard-Gilles disait que la Venoge « offre à ses badauds des visions de Colorado ».
Après avoir franchi la station d’épuration de la Sarraz, la rivière se partage en deux. Au nord, elle suit son ancien tracé naturel qui coule dans le village d’Éclépens avant de rejoindre le conduit canalisé qu’elle prend sur son tracé sud. Elle entre alors sur la commune de Lussery-Villars où le Criau la rejoint par un canal souterrain puis la Molomba la rejoint à l’air libre. Au sud de Lussery-Villars, la rivière passe dans les marais des Bois de Vaux avant de faire office de limite entre les communes de Cossonay et Penthalaz. Elle se divise alors à nouveau en deux. La partie ouest suit l’ancien tracé sur la commune de Gollion et le nouveau tracé, au débit plus important coule sur la commune de Penthaz. La rivière joue ici, aussi le rôle de frontière entre le district du Gros-de-Vaud et celui de Morges. La rivière se reforme en une seule branche puis fait la limite entre les communes de Gollion et Vufflens-la-Ville. Commune sur laquelle elle est rejoint par la Senoge à proximité de la ligne de chemin de fer du Pied-du-Jura. Au bas de la commune, la rivière est rejointe par le Vaube puis à la limite entre les communes d’Aclens et de Bussigny, c’est l’Arena qui afflue dans la Venoge. Depuis ce lieu, la rivière ne se situe plus que sur des limites communales. Elle marque tout d’abord la limite entre les communes de Bremblens et Bussigny, puis Échandens et Bussigny puis Écublens où elle passe sous la ligne Lausanne – Genève et l’autoroute A1.
La limite d’avec Écublens s’établit ensuite avec Denges et finalement entre Préverenges et Saint-Sulpice où se situe son embouchure dans le Léman. Le bassin versant de la Venoge est de 231 km2.