Sông Sào Khê chảy theo hướng chính bắc nam và ngược lại tùy theo mùa, dòng chảy chủ yếu thuộc huyện Hoa Lư và một phần ranh giới với thành phố Ninh Bình.

Điểm khởi đầu phía bắc bắt đầu nối sông Hoàng Long từ cống Trường Yên 20°18′28″B 105°55′10″Đ / 20,30789°B 105,919445°Đ / 20.307890; 105.919445 (bắc), xuyên dọc kinh đô Hoa Lư và các làng cổ Trường Yên rồi uốn lượn bên rìa đông khu thắng cảnh Tràng An qua xã Ninh Xuân và ranh giới giữa 2 xã Ninh Thắng, Ninh Tiến rồi đổ vào sông Chanh 20°13′35″B 105°57′29″Đ / 20,226414°B 105,957994°Đ / 20.226414; 105.957994 (nam)

Sau đó sông cùng với sông Chanh nối với sông Vân, sông Vạc tại cầu Vân trên quốc lộ 1A. Tổng chiều dài sông khoảng 14 km, bề rộng lòng sông dao động từ 20 m đến 141 m, cơ 2 bên bờ sông 3 m, cao trình đáy sông đầu nguồn là -1,5 m, cao trình đáy sông cuối nguồn là -2,15 m.[2] Nằm bên sông còn có các di tích khác như làng cổ Yên Thượng, cầu Dền, cầu Đông, chợ Trường Yên, Ghềnh Tháp - phủ Vườn Thiên, đền Đinh Lê, hang Luồn, Tràng An. Vì vậy mà toàn cảnh sông và hai bên bờ là danh thắng tự nhiên được công nhận là di tích văn hóa quốc gia thuộc cố đô Hoa Lư.