Türkiye'nin doğusunda Elazığ ilinin Sivrice ilçesinden doğar ve Irak boyunca akarak Fırat Nehri ile birleşir.
Bu birleşme sonucunda Basra Körfezi'ne dökülür.
Dicle Nehri, kaynaklarını Doğu Anadolu Bölgesi'nin dağlarından ve Elazığ'daki Hazar (Gölcük) Gölü'nden alır. Bu nehir, Türkiye'nin en uzun nehirlerinden biri olup toplam uzunluğu 1900 kilometreyi bulurken, Türkiye sınırları içinde kalan bölümü 523 kilometredir. Batman ile Yanarsu, Botan, Habur, Büyük Zap ve Küçük Zap gibi önemli kollarıyla zenginleşir ve toplamda ortalama 360 m³/sn debiye sahiptir. Dicle Nehri'nin su seviyesi, Eylül ayının ortalarında en düşük seviyesine (55 m³/sn) inerken, Şubat sonunda en yüksek seviyesine (2263 m³/sn) ulaşır. Bu nehir, yaz sonlarında kururken, ilkbaharda karların erimesiyle kabarır.
Dicle Nehri'nin yolculuğu, Hazarbaba Dağı'nın güney tarafındaki bir kaynaktan başlar ve Maden ilçesinin önünden geçerek devam eder. Maden Çayı olarak adlandırılan bu bölge, ardından dar ve derin vadilerden geçip Diyarbakır şehrinin doğusuna ulaşır. Diyarbakır civarında, Anbarçayı, Kuruçay, Pamukçayı ve Hazroçayı gibi akarsular Dicle Nehri'ne katılır. Mardin eşiğinden gelen sel yatakları olan Göksu ve Savur Çayı da bu nehrin sularına karışır. Dicle Nehri, Cizre ilçesinin içinden akarken Türkiye-Suriye sınırının bir parçasını oluşturur ve Habur Suyu ile birleşerek Irak topraklarına girer. Daha sonra Musul yakınlarında Büyük ve Küçük Zap suları ile birleşir. Mezopotamya ovasına iner ve sonunda Fırat Nehri ile birleşir. Irak topraklarında ilerlerken Piyale Irmağı ile tekrar Fırat Nehri'ne yaklaşır ve Basra'nın 64 kilometre yukarısında Fırat Nehri ile birleşerek Şatt'ül-Arab ismini alır ve Basra Körfezi'ne dökülür.
Dicle Nehri'nin suları, yaz mevsiminin sonlarına doğru azalırken, Nisan ayında yukarıda bulunan dağlardaki karların erimesiyle suları artar ve en yüksek seviyesine ulaşır. Dicle Nehri, marttan mayısa kadar olan üç aylık dönemde, yıl boyunca taşıdığı suyun neredeyse yarısını taşır. Bu düzensiz su seviyesi, zaman zaman taşmalara yol açar ve çevreye zararlar verir. Bu nedenle Dicle Nehri'nin Mezopotamya'da kalan kıyılarına tarihsel olarak su tutma setleri inşa edilmiştir. Ancak bu setler, büyük taşkınları tamamen engelleyemez. 20. yüzyılda başlayan inşaat çalışmalarıyla Kut Barajı ve Samarra Barajı inşa edilmiştir ve suların taşmasını engellemiştir. Günümüzde Dicle Nehri üzerinde önemli hidroelektrik santralleri bulunmaktadır, bu da nehrin çevresindeki bölgeler için önemli bir enerji kaynağıdır.
Dicle Nehri, tarihsel olarak Mezopotamya'nın sınırını çizen önemli bir nehir olmuştur. Dicle'nin kıyısında kurulan şehirler, tarih boyunca bu nehir üzerinde ulaşımı kolaylaştırmış ve Dicle Nehri'nin suyu sayesinde bölgenin tarımı desteklenmiştir. Günümüzde bu nehir, sulama kanalları ve ulaşım için kullanılmaktadır.
Dicle Nehri'nin etimolojisi ilginç bir geçmişe sahiptir. Sümerce'deki adı İdigna veya İdigina'dır ve "akan su" anlamına gelir. Yunanca'dan türetilen "Tigris" adı da bilinir. Modern Türkçe ve Farsça'da Dicle olarak adlandırılan bu nehir, Mezopotamya'nın tarihini yansıtan birçok antik şehir ve kalıntının bulunduğu bir bölgeyi sulamıştır.