Nace en los montes Chaillu, que sigue a lo largo de la frontera con el Congo, y entonces gira al noroeste, hacia los pueblos de Fougamou, Sindara y Mouila, antes de desembocar en el Ogooué, del cual es el segundo tributario en importancia, después del río Ivindo.

El nombre del río, Ngounié, es una versión francesa del original Ngugni usado por los hablantes en lengua vili de las zona de las cataratas Emperatriz (o Samba) a mediados del siglo XIX para designar la frontera norte de su distrito Nsina-Ngungi.

La orilla izquierda se caracteriza por los suelos arenosos y de arcilla.

Entre los afluentes figura el Louetsié, que pasa a través de Lebamba y Mbigou.

Las cascadas Emperatriz (también Impératrice, cascadas Samba y Emperatriz Eugénie o Eugenia) se encuentran en una curva del río en la provincia de Ngounié, a unos 5 km de Fougamou.