La Sarthe prend sa source hors du département auquel elle a donné son nom, à Saint-Aquilin-de-Corbion, dans l'Orne, à une altitude de 252 mètres1. Après cette naissance dans les collines du Perche, la rivière coule du Nord-est au Sud-ouest jusqu'à Alençon, elle prend ensuite une direction Sud - Sud-est et traverse les Alpes mancelles par une vallée encaissée et sinueuse ne manquant pas de pittoresque (parcours de canoë-kayak). Au-delà de Fresnay-sur-Sarthe, la Sarthe coule lentement, bordée de peupliers, à travers la campagne mancelle, d'abord vers le sud jusqu'en aval du Mans où elle reçoit les eaux de l'Huisne, puis vers l'ouest jusqu'à Sablé-sur-Sarthe et, de nouveau, vers le sud jusqu'à son confluent avec la Mayenne, avec laquelle elle forme la Maine, au Nord d'Angers à Ecouflant. Peu avant cette rencontre (à environ 4 kilomètres en aval), la Sarthe reçoit son principal tributaire, le Loir, dont le cours (317 kilomètres2) est plus long que le sien (313 kilomètres3).
Le bassin versant de la Sarthe est particulièrement étendu — 16 374 km2 — grâce à ses nombreux affluents, tout particulièrement le Loir. Ce dernier possède d'ailleurs un bassin versant4 plus important (8 270 km²) que sa rivière-mère (7 864 km²).