Nậm Mu khởi nguồn từ mạng sông suối ở vùng núi các xã Hồ Thầu, Bản Giang, Bản Hon, Khun Há, Bình Lư thuộc huyện Tam Đường tỉnh Lai Châu. Trong số đó dòng lớn nhất là Nậm Pe từ Hồ Thầu chảy theo hướng đông nam. 22°22′33″B 103°35′13″Đ / 22,37583°B 103,58694°Đ / 22.37583; 103.58694 (Nậm Pe).

Tại thung lũng xã Bình Lư hợp lưu có tên là dòng Nậm Mu 22°19′0″B 103°37′5″Đ / 22,31667°B 103,61806°Đ / 22.31667; 103.61806 (Nậm Mu).

Từ đó sông chảy uốn lượn theo hướng chính là đông nam, qua các xã Nà Tăm, Nậm Cần, Tà Mít, Tà Gia, Khoen On tỉnh Lai Châu, Chiềng Lao tỉnh Sơn La, và đến Mường Trai thì đổ vào sông Đà.