Elle naît de la confluence entre les rivières Musele et Luningwe près du village Manono (à ne pas confondre avec la ville de Manono) sur le territoire de Kongolo dans la province du Tanganyika.
A sa formation, la Mulongoyi coule en direction Nord jusque dans la province de Maniema où elle franchit la ligne de chemin de fer reliant Kongolo à Kindu dans le territoire de Kasongo. Elle franchit également la route nationale 2 à l'Est de la localité de Samba puis se jette dans le Lualaba (cours supérieur du Congo) au Nord de Mwana-Kaseya.
De la confluence entre les rivières Musele et Luningwe jusqu'à sa confluence dans le Lualaba, la Mulongoyi parcourt une distance de 128 km. Elle est un affluent de rive gauche du Congo dans le bassin du Lualaba.
Ses principaux affluents :
- Luningwe
- Musele
- Simba-Simba
- Lume
- Munienge
- Tumpilima
- Kibamba
- Kitakano
- Kasokoloyi