Neix a la Garrotxa, al grau d’Olot, a 920 m alt., recorre la plana d’en Bas i passa per Olot; a Sant Joan les Fonts pren una orientació cap a llevant, i desemboca al golf de Roses, prop de Sant Pere Pescador, després d’haver passat per Castellfollit de la Roca, Besalú, Esponellà i Torroella de Fluvià. Té 97,2 km de llargària. Els afluents esquerres són els més importants (riera de Bianya, el Llierca i el Borró); l’únic afluent dret d’una certa importància és el Ser. La capçalera, orientada de N a S, recull la humitat dels vents de llevant, que la converteixen en un condensador important (més de 1.000 mm de pluja anuals). Els relleus són constituïts, de N a S, per Capsacosta (1.111 m alt.), puig Estela (1.359 m), Santa Magdalena (1.547 m), Puigsacalm (1.513 m) i els cingles d’Aiats (1.303 m). Des de Besalú s’obre cap a la plana empordanesa. El cabal és d’1,5 m3/s a Olot, 8 m3/s a Esponellà i uns 10 m3/s a la desembocadura.
El règim és essencialment pluvial, amb una certa influència de la neu de capçalera i de la Garrotxa. Presenta un eixut d’agost, un màxim principal de març, amb una rèplica de maig, i un màxim secundari d’octubre. Pel gener acusa la retenció nival; el màxim de març és, en bona part, de fosa, i maig i octubre presenten les pluges equinoccials. L’aigua del Fluvià és escassament aprofitada per al regatge, a causa, en bona part, d’una pluviometria i una evaporació favorables. Malgrat tot, amb la construcció del pantà d’Esponellà (68 hm3 de capacitat) hom ha pogut posar en regatge 14.500 ha de la conca del riu, a partir de Bàscara. Més aprofitat ha estat, altrament, per la indústria: Sant Esteve d’En Bas, Olot, Sant Joan les Fonts, Castellfollit de la Roca i Besalú n'utilitzen la força hidràulica per a les fàbriques de teixits, de filats, de gèneres de punt i de paper.
El curs del riu constitueix una important via de penetració des de l’Empordà cap a Olot i cap a l’interior de la Catalunya Vella: Besalú deu la importància històrica a la confluència d’aquest camí amb el qual procedeix de Girona. En alguna ocasió aquest riu ha tingut, fins i tot, una funció militar: així, a la fi de la guerra Gran (1794), s’hi estabilitzà l’avanç francès després de la caiguda del castell de Figueres, línia que fou tornada a passar per les forces del general Urrutia pel maig del 1795, en l’anomenada batalla de Fluvià. Fou encara, durant la guerra civil de 1936-39, la darrera línia de resistència per part de les forces republicanes que hom intentà d’establir abans de la retirada total de Catalunya, pel febrer del 1939. El Fluvià provocà inundacions en ocasió de les catastròfiques pluges d’octubre del 1940, que afectaren tot el Pirineu oriental, especialment Olot.
Alguns historiadors han identificat el Fluvià amb el riu Clodianus esmentat per Pomponi Mela i per Ptolemeu.