El río discurre en dirección predominantemente Suroeste, con un curso típico de ríos de llanura, con muchas curvas y meandros.
Abandona muy pronto Saratov para adentrarse en el óblast de Volgogrado, manteniendo siempre la misma dirección Suroeste, y discurriendo paralelo por el Oeste al cauce del río Volga, a una distancia mínima de unos 15 km en su nacimiento y unos 60 en su desembocadura.
El río pasa por las localidades de Petrov Val (14.721 hab.
El río Ilovlya discurre por una zona bastante árida y es alimentado principalmente por el deshielo.
En la época en que se usaban los ríos para colonizar esta región rusa, en el río Ilovlya se realizaba un portaje (traslado por tierra de las embarcaciones) para enlazar el río Don y el río Volga, uniendo el mar de Azov y el mar Caspio.