Протича в източна посока в широка долина между Авренското (Момино) плато на север и Камчийска планина на юг. По долината ѝ се прокарва границата между Дунавската равнина и Предбалкана. Приустиевите части на долината са блатисти и обрасли с лонгозни гори. Влива се в Черно море при курортния комплекс "Камчия".
Площта на водосборния басейн на реката е 5357,6 km2, като на северозапад и север граничи с водосборните басейни на реките Русенски Лом и Провадийска река, на запад — с водосборния басейн на река Янтра, а на юг — с водосборните басейни на река Тунджа и реките Айтоска, Хаджийска, Двойница и Фъндъклийска, вливащи се директно в Черно море. Водосборният басейн на Камчия обхваща части на 6 области в България — южните части на Варненска и Шуменска области, най-северните части на Бургаска област, източната част на Търговищка област, североизточната част на Сливенска област и най-южните окрайнини на Разградска област.