La Dora Baltea è formata sul massiccio del Monte Bianco dalla confluenza, presso Entrèves, di due piccoli fiumi: La Dora di Ferret, che proviene dal ghiacciaio del Pré de Bar in Val Ferret, e la Dora di Veny, che proviene dal ghiacciaio del Miage in Val Veny.
Attraversando la Valle d'Aosta, la Dora Baltea scorre attraverso la città di Aosta (dove il Buthier, un piccolo fiume, vi confluisce) e vicino a tutte le principali città della bassa Valle d'Aosta: Châtillon, Saint-Vincent, Verrès e Pont-Saint-Martin. Entrato in Piemonte, attraversa la città di Ivrea e buona parte del Canavese, riceve dalla sua destra le acque del Chiusella e raggiunge il Po a Crescentino.
Lo spartiacque ha una superficie di 3.890,52 km2 (1.502,14 sq mi), e la sua portata (volume d'acqua che passa attraverso una sezione del fiume per unità di tempo) è di 96 metri cubi al secondo quando arriva al Po.