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 de Lualaba. 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.
La rivière Luilu a un parcourt long de 432 km et est un aflluent de rive gauche de la Sankuru dans le bassin du Kasaï.
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