Il fiume Lambro ha origine dalle Prealpi Lariane, tra i due bracci meridionali del Lago di Como. Il Lambro scorre tra i fiumi Ticino e Adda e parallelamente ad essi, da nord verso sud, per circa 130 km, fino alla confluenza con il Po. Il bacino si estende a quote comprese tra i 59 m s.l.m. dello sbocco e i 1456 m d'altitudine del monte San Primo. La portata media alla foce è di 5 m3/sec. L'area del bacino è approssimativamente pari a 900 km2.
La media annua di precipitazioni varia dai 900 (bassa pianura) ai 1500 mm (fascia montana) e le temperature si aggirano tra gli 0° e 2° C in inverno e tra i 22° e 26° C in estate.

Il corso principale del Lambro può essere diviso in 4 zone:
- l'alto corso montano
- il paesaggio collinare a nord di Milano
- la pianura industrializzata attorno a Milano
- la pianura irrigua a sud di Milano

Nella parte superiore del bacino il sistema fluviale è caratterizzato da una rete densamente ramificata di affluenti, dalle portate ridotte e con regime torrentizio, che scendono ripidi pendii. In prossimità di Erba il Lambro è canalizzato (Lambrone) e più a valle si immette nel Lago di Pusiano (un lago naturale di origine glaciale). Questo lago ha un emissario naturale ed uno artificiale, il "Canale Diotti" (portata complessiva 0.34 - 0.72 m3s-1): entrambi confluiscono poco più a valle. Diversi piccoli tributari ed i maggiori affluenti del corso superiore (le Bevere), insieme all'emissario del lago d'Alserio, si immettono nel Lambro in questa zona.

L'area collinare della Brianza è densamente urbanizzata ed industrializzata. In questa regione il Lambro riceve contributi da una rete idrica sotterranea costituita dalle acque di infiltrazione dei corpi morenici, da canali di scolo dell'acqua piovana e dagli scarichi degli impianti di trattamento delle acque fognarie (dove presenti). Immediatamente a Nord di Milano, nella città di Monza, il Lambro occasionalmente riceve le acque meteoriche superficiali da un canale di irrigazione (il canale Villoresi proveniente dal Ticino) che incrocia il fiume in questo punto.

L'area metropolitana di Milano densamente popolata è di speciale interesse perché zona di convergenza e divergenza per diversi affluenti e canali che scorrono in un labirinto di corsi d'acqua naturali ed artificiali, che frequentemente coincidono con il sistema fognario. Il Lambro stesso scorre attraverso la periferia est della città dove riceve le portate in eccesso dal Naviglio Martesana che porta a Milano acque dell'Adda.

I due affluenti naturali maggiori del Lambro che scorrono anch'essi in Milano sono il fiume Olona ed il Seveso. L'Olona passa per la zona nord-ovest di Milano, ma una larga parte della sua portata è deviata attorno al sistema idrologico cittadino tramite un canale che si collega al fiume Lambro Meridionale (il più grande affluente della sponda destra del Lambro) a sud est di Milano. Il Seveso (insieme al Naviglio Martesana) si collega al sistema fognario della parte più ad est di Milano appena entrato in città. Questo lascia Milano come "canale Redefossi" che successivamente si butta nel Lambro a Melegnano. Prima di entrare in Milano, le portate in eccesso dell'Olona e del Seveso sono occasionalmente deviate al fiume Ticino dalla zona ovest della città dal Canale Scolmatore di Nord-Ovest, costruito appositamente per proteggere dalle alluvioni la città di MIlano.

La pianura irrigua a sud di Milano è anch'essa intensamente urbanizzata ed industrializzata. In questa zona il corso principale del Lambro riceve, all'altezza di Melegnano, i canali Vettabbia, Redefossi e Adetta e, a Sant'Angelo Lodigiano, approssimativamente a metà strada tra Milano e la confluenza del Lambro con il Po, il Lambro Meridionale. Oltre a questi affluenti, numerosi canali di irrigazione si collegano o incrociano il Lambro (con o senza connessioni idrauliche).