Neix a més de 2.000 metres d'altitud, al municipi de Sallagosa (Alta Cerdanya). Té una llargària de 265 quilòmetres i desemboca a l'Ebre. Els afluents principals són la Valira, la Noguera Pallaresa, la Noguera Ribagorçana i el Cinca. Passa per ciutats tan importants com la Seu d'Urgell, Balaguer o Lleida.

Al seu curs hi trobem els pantans d'Oliana i el de Rialb. Les aigües del Segre han estat aprofitades per a producció de força elèctrica i per al regatge, sobretot amb el canal d'Urgell.