Nậm Kim khởi nguồn từ mạng sông suối ở vùng núi cao cỡ 2000 m ở vùng đèo Khau Phạ xã Púng Luông huyện Mù Cang Chải tỉnh Yên Bái 21°44′59″B 104°14′12″Đ / 21,74972°B 104,23667°Đ / 21.74972; 104.23667 (Nậm Kim).

Nậm Kim chảy hướng tây bắc, đến Ngã Ba Kim 21°46′1″B 104°10′3″Đ / 21,76694°B 104,1675°Đ / 21.76694; 104.16750 (Nậm Kim) thì có "suối Púng Luông" đổ vào. Sau đó sông chảy qua các xã Dế Xu Phình, La Pán Tẩn, Chế Cu Nha.

Đến Mồ Dề và thị trấn Mù Cang Chải thì đổi hướng chảy gần tây.

Đến xã Mường Kim sông đổi hướng tây nam, đổ vào bờ trái Nậm Mu ở bản Nà E xã Mường Kim huyện Than Uyên tỉnh Lai Châu.