Elle naît de la rencontre entre les rivières Mutunda et Kalungu aux portes du parc national de l'Upemba près de la localité de Samba sur le territoire de Mitwaba dans la province du Haut-Katanga. La Lwilombo coule entièrement dans le domaine de chasse de Lubudi-Sampwe entre le parc national de l'Upemba et celui de Kundelungu.
Elle s'oriente dans un premier temps en direction Est puis peu à peu prend la direction Nord-Est jusqu'à sa confluence avec la rivière Lufira non loin des chutes Kiubo en face de la localité de Musabira. C'est une rivière qui tire sa notoriété des chutes de Luvilombo non loin des chutes Kiubo.
La Lwilombo est un aflluent de rive gauche de la Lufira dans le bassin du Lualaba en RD Congo d'une longueur de 105 km.
Ses principaux affluents :
- Mutunda
- Kalungu
- Lungesi
- Lusele
- Kaniange
- Katongo
- Kansora