[1]: 17 [2]: 4 Drena una hoya de 728 km² y desemboca en el océano Pacífico junto al balneario Pichidangui.
[9]: 8 Bajo la cuenca se encuentra el acuífero homónimo con un área de 742 km² que ha sido parcelado en 9 SHACs: Aguas Arriba Embalse Culimo, El Ajial, El Llano, Guangualí, Infiernillo, Los Cóndores, Los Maquis, Pangalillo, Quilimarí.
Para tener una aproximación a nivel de cuenca (casos locales no están reflejados) del consumo comparado con la disponibilidad de agua, se define como: Siguiendo intrincadas definiciones del consumo y la demanda que consideran aguas superficiales, subterráneas, flujos mínimos de sustentabilidad, y consumos que no son devueltos al cauce original, todo ello según normas de organizaciones internacionales, se han clasificado los resultados en cuatro casos:[11]: 29 Aplicada esta clasificación a la cuenca del río Quilimarí, el estudio estima una brecha hídrica alta con un uso del 52% del agua disponible.
Por el contrario, las zonas amarillas indican que durante ese tiempo el agua caída puede ser evaporada por el calor del sol.
[6] En su cuenca superior se encuentra el monumento nacional puente metálico Tilama.