En su discurrir va cambiando sucesivamente de denominación: Ovejería, del Cajón, Toroyacu, cerro Colorado, Saladillo, para luego sí, ser llamado río Santa María.

Desde su margen izquierda —hacia el Oeste—, recibe afluentes que drenan la falda oriental de las sierras de Quilmes o del Cajón, ellos son: el río Managua, y el río Tolombon o Lampacito.

en este tramo tuerce hacia el norte y forma el valle de Santa María.

Los caudales máximos se presentan en la temporada cálida; mientras que los mínimos ocurren en el invierno.

Sus dueños originales era el pueblo amerindio Quilme; sus descendientes son los poseedores en la actualidad.

Estas ruinas han sido reconstruidas, por lo que pueden ser visitadas por turistas.

[3]​ Fueron estudiadas por primera vez en 1897 por el arqueólogo Juan Bautista Ambrosetti,[4]​ y restauradas por un equipo bajo la dirección de Norberto Pelissero.

En este valle también se desarrolló la Cultura Santa María o santamariana, civilización que se desarrolló entre el 1200 y el 1470 de nuestra era, coincidente en gran parte con la etnia diaguita, ya que pueblos de ese origen poblaban la región durante el desarrollo de la cultura santamariana.

Como una oposición a ello, sobre las laderas occidentales de dichos cordones y en el valle de este río, se presenta un clima sumamente árido, con precipitaciones anuales inferiores a 200 mm.

Genéticamente se denomina árido de sierras y bolsones, o tierra fría desértica.

En dicha ladera, la rigurosa sequedad crea las condiciones adecuadas para los arbustales de la Provincia fitogeográfica Prepuneña.

Su curso es fácil de recorrer en sus tramos medios e inferior pues allí corre paralelo a la RN 40.