Elle est la rivière éponyme du territoire de Luilu dans la province de Lomami. Elle prend sa source au nord-ouest de la localité de Mwene-Ulamba sur le territoire de Sandoa dans la province du Lualaba, à 1091 m d'altitude. La Luilu est connue sous le nom de Lufu dans son cours supérieur et est dans la totalité de son cours, orienté nord-sud. Elle ne parcourt que quelques mètres dans Sandoa avant de pénétrer sur le territoire de Kapanga où elle conflue avec la rivière Mulungu, un de ses principaux affluents .
A sa sortie de Kapanga, elle entre dans la province de Lomami par le territoire de Luilu dans lequel elle franchit la route nationale 1 à l'est de la ville de Mwene-Ditu.
Elle marque ensuite la frontière provinciale entre la Lomami et le Kasaï-Oriental jusqu'à son embouchure dans la rivière Sankuru non loin de la localité de Bena-Kabangu, à 539 m d'altitude.
La rivière Luilu a un parcourt long de 432 km et est un aflluent de la rive gauche de la rivière Sankuru dans le bassin du Kasaï en RD Congo.
Principaux affluents:
- Mulungu
- Lukudi
- Tshikualenge
- Kamutambayi
- Lukunko
- Tshibitshibi
- Kamulenge
- Lufingila
- Musulu
- Loanyi
- Moabi
- Mulenga
- Mulekale
- Loatshi
- Banda
- Popoye
- Mitapi
- Mibi
- Yabui
- Mayibende
- Ombwe
- Kamawo
- Masambo
- Lujifa
- Diaya
- Luango
- Lombe
- Kaseji
- Mataba
- Tsamatomba