Dora Baltea est formée dans le massif du Mont Blanc par le confluent, près d'Entrèves, de deux petites rivières : Dora di Ferret, qui vient du glacier du Pré de Bar dans le Val Ferret ; et Dora di Veny, qui vient du glacier de Miage dans le Val Veny.
En traversant la Vallée d'Aoste, la Dora Baltea passe par la ville d'Aoste (où le Buthier, un petit fleuve, se jette dans celle-ci) et près de toutes les principales villes de la basse Vallée d'Aoste : Châtillon, Saint-Vincent, Verrès et Pont-Saint-Martin. Après son entrée dans la région du Piémont, il traverse la ville d'Ivrea et une bonne partie du Canavese, prend à sa droite les eaux de la Chiusella et rejoint le Pô à Crescentino.
Le bassin versant a une superficie de 3 890,52 km2 (1 502,14 mi2) et son débit (volume d'eau qui traverse une section du fleuve par unité de temps) est de 96 mètres cubes par seconde lorsqu'il atteint le fleuve Pô.