发源于委内瑞拉与巴西交界处的帕里马山脉西坡。呈弧形绕行于圭亚那高原西、北部边缘，最后向东注入大西洋。全长2740千米，流域面积约94.8万平方千米。其中近4/5在委内瑞拉境内，其余在哥伦比亚境内。奥里诺科水系是南美三大水系（另外是亚马孙水系、巴拉圭-巴拉那-拉普拉塔水系）中最北面的一个。

上游（圣费尔南多以上）呈东南—西北流向，水流湍急，沿途接纳众多支流，并在埃斯梅拉达附近通过卡西基亚雷河与亚马孙河系相沟通。中游（圣费尔南多－阿亚库乔港）主流在圣费尔南多折向北行，形成长达420千米的哥伦比亚与委内瑞拉的界河，河道多急流、险滩和瀑布，沿途接纳一些支流。下游（阿亚库乔港以下）自帕埃斯港起折向东北，流经奥里诺科平原，地势低平，河面展宽，流速减慢，仍有支流汇入。下行至与阿普雷河汇合处以后，河流迂缓，沙洲众多，多沼泽湿地，在巴兰卡斯进入三角洲，分流入海。奥里诺科河流域为热带草原气候，4～10月为汛期，11月至次年3月为枯水期。河口年平均流量达3.7万米³/秒。流域内大部分为热带草原，东部和南部高原亦可见茂密的热带雨林。全河通航里程1000千米以上，海轮可上溯至玻利瓦尔城，河轮可通至阿亚库乔港。水利资源丰富。流域内有石油、铁、铝土、锰、金刚石、镍、钒等矿藏。