La fuente del río está en el departamento de Mayenne (53), y desemboca en el océano Atlántico en Pénestin, en el departamento de Morbihan (56).
Está unido al Rance a través del Canal d'Ille-et-Rance en el municipio de Évran.
Se construyeron tres presas alrededor de Vitré (Ille y Vilaine) para evitar las inundaciones, el agua potable y los espacios de esparcimiento: El río tiene un caudal que va entre 2 y 1500 m³/s El Vilaine forma parte del sistema de canales de Bretaña.
La sección de Rennes al océano Atlántico es navegable para pequeñas embarcaciones.
En Rennes el río conecta con el Canal d'Ille et Rance, en Redon cruza el Canal de Nantes à Brest.