Elle prend sa source en Angola à l'Ouest de la localité de Cazage dans la province du Sud-Lunda. Dans cette dernière, elle draine les municipalités de Dala et Muconda avant de pénètrer dans la province du Nord-Lunda qu'elle arrose dans sa partie Est jusqu'à la frontière Congolaise. Son cours est dans sa totalité orienté Sud-Nord.
Elle pénètre en RD Congo par la province du Kasaï dans le territoire de Kamonia où elle reçoit, en rive gauche, la rivière Chiumbe son principal affluent. Elle finit par se jeter dans la rivière Kasaï au Sud-Est de la ville de Tshikapa, capitale de la province du Kasaï.
La Luembe est longue de 685 km dont 95 km sur le territoire de la RD Congo et est un affluent de rive gauche du Kasaï.
Principaux affluents:
- Chiumbe
- Kupula
- Lubwa
- Libwa
- Kabongonda
- Lupupa
- Kamankodie
- Kangasi
- Katoka
- Luboma
- Lusubu
- Dilambo
- Kamapande
- Luansono