诺敏河位于呼伦贝尔市东部，大兴安岭东南麓，嫩江右岸。流域面积26315平方千米，其中黄蒿沟642平方千米，尼尔基镇乌尔科沟130平方千米，诺敏河干支流25543平方千米。流域北部为甘河流域，南部为阿伦河流域，东南部以成吉思汗边墙和西诺敏河及嫩江干流分别为界与黑龙江省甘南县、讷河市相接。

流域地形是西北高、东南低，西及西北部地势陡峻，岭高谷深，海拔高程900～1000米左右，属强切割中山地区。向东及南部山势逐渐变缓，为低山丘陵地带，最低高程不足300米。剥蚀、侵蚀作用强烈，堆积作用加强。在流域南部、诺敏河出口处，过渡为松嫩平原区，为山前冲积倾斜平原，高程200米左右。

诺敏河发源于大兴安岭岭脊呼伦贝尔市鄂伦春自治旗托扎敏乡境内岭顶西南7.5千米处。河流从河源由西向东流经鄂伦春自治旗托扎敏乡后又转向东南至红花尔基处向南流去。在黑龙江省查哈阳渠首以下河流分为东、西诺敏河，东诺敏河在莫力达瓦达斡尔族自治旗博荣以东4.5千米处汇入嫩江。诺敏河全长441.2千米，河道平均比降0.85‰，主要支流有毕拉河和格尼河，毕拉河发源于鄂伦春自治旗诺敏镇境内，由西向东流经至诺敏镇北10千米汇入诺敏河，全长228.8千米，河道平均比降2.85‰。格尼河发源于阿荣镇境内，由西北向东南流经莫力达瓦达斡尔族自治旗乌尔科附近注人诺敏河，全长223.4千米，河道平均比降1.5‰。