Discurre casi totalmente por el Perú, por la región Madre de Dios y la región Puno, pero es un río internacional, ya que un corto tramo forma frontera con Bolivia (departamento de La Paz).
En las coordenadas (13°53′09.5″S 68°58′40″O / -13.885972, -68.97778) se produce la afluencia del río Colorado, partir de este punto el Tambopata se adentra en territorio peruano.
En su descenso inicial hacia la llanura de la Amazonía forma rápidos y cascadas al discurrir por profundos valles y cañones.
Al llegar a la llanura amazónica, por debajo de los 500 m, la selva de altura se convierte en la selva amazónica baja y el río Tambopata en un río tranquilo, ancho y sinuoso.
En su recorrido, este río atraviesa la Reserva Nacional Tambopata.