La rivière Kwilu prend sa source en Angola dans la province du Sud-Lunda plus précisement dans la commune d'Alto Chicapa à l'est de la localité du même nom. Sa source se situe dans le  plateau de Bie à plus de 1150 m d'altitude non loin de la source des rivières Tshikapa et Kwango.

Elle coule en direction nord jusque dans la province du Nord-Lunda qu'elle draine en son centre du sud au nord. Après un parcours de 430 km en Angola, la rivière Kwilu entre en RD Congo par la province du Kwango, dans sa partie est, dans le territoire de Kahemba. A la sortie de ce dernier, la Kwilu pénètre dans la province du Kwilu a qui elle a donné son nom. Dans cette dernière, elle draine les villes de Kikwit, Bulungu, Bagata et Bandundu. Elle reçoit d'inombrables affluents dont les plus importants sont des cours d'eau transfrontaliers à l'instar des rivières Kwango et Kwenge. Mais son affluent le plus important entièrement Congolaise est la rivière Inzia, un tributaire de la rive gauche avec laquelle elle conflue non loin de la localité de Bagata. Après avoir parcouru 600 km sur le sol Congolais, la Kwilu se jette dans la rivière Kasaï au nord de la ville de Bandundu à 292 m d'altitude.

En RD Congo, le bassin versant de la rivière Kwilu est à cheval sur le territoire des provinces du Kwango, Kwilu, Mai-Ndombe, Kinshasa et Kongo-Central.

 

Ses principaux affluents en RD Congo:

 

• Kwango (1500 km)
• Kwenge (550 km)
• Inzia (490 km)
• Gobari (140 km)
• Lukula (330 km)
• Liue
• Lutshima (293 km)
• Lufuku (150 km)
• Bwele-Bisaki (137 km)
• Bwele-Milonda (180 km)
• Lubale (231 km)
• Manzala (145 km)
• Nko ou Kabangu (92 km)
• Luita
• Bimi (75,2 km)
• Ebu
• Lelue
• Luie
• Lunungu
• Luba
• Lokwa
• Lukopo
• Lwano (42 km)
• Longo
• Lukunia
• Lutembo
• Lwebe
• Lukemi (11 km)
• Lunkala
• Lunkolo
• Lukondji
• Lambi
• Zambala
• Mosango
• Mwebe
• Sanzu
• Kula
• Zamba (75 km)
• Ngufu (38,2 km)
• Katanda
• Kamanimani
• Tamukombo
• Pemba
• Nzinda
• Ntudi
• Mandzundu
• Ngamilele