白龙江的源头在甘肃省甘南藏族自治州碌曲县与四川若尔盖县交界的郎木寺，流经甘肃省甘南藏族自治州碌曲县、四川省若尔盖县、甘肃省甘南州的迭部县、舟曲县、陇南市的宕昌县、武都区、文县，在四川广元市境内汇入嘉陵江。
河道全长576千米，流域面积3.18万平方千米。河道穿行于山区峡谷，平均比降为4.83%，天然落差2783米，年平均流量389立方米/秒。白龙江沿岸多峡谷，灌溉功能很弱，但水能蕴藏量432万千瓦，沿干支流已经实现了多梯级开发，拥有严厉碧口、宝珠寺等大中型水力发电枢纽。
白龙江流域内多民族杂居，主要有汉、藏族、回、羌、蒙古、苗等民族。历史上，是汉族与少数民族融合的重要区域，是汉蜀之间的战略要地，中国工农红军过川入陇的重要通道，流域内历史战争遗迹遍布。有阴平古道、哈达铺红军长征纪念馆、俄界会议会址、天险腊子口战役遗址等知名历史遗迹。