[2]​ Se extiende por una superficie aproximada de 310 km².

Su cauce separa la Sierra Nevada de Santa Marta de la cordillera de los Andes, en particular de la cordillera Oriental formando el valle del río Cesar o valle del Cacique Upar.

El río Cesar es alimentado por varias corrientes de agua que nacen en la Sierra Nevada de Santa Marta y la Serranía del Perijá.

Otros afluentes importantes son los ríos Badillo, Guatapurí (85 km) y Cesarito.

Valledupar es la ciudad más importante en su recorrido.