Die Sieg entspringt im Rothaargebierge bei Nephten-Walpertsdorf und fließt 155,2 km nach Westen richtung Rhein. Die Sieg fließt nicht geradlinig, sondern in vielen Schleifen, sodass durch die Bildung von steilen Sieghängen an den Außenseiten der Schleifen und flachen Bereichen innerhalb eine sehr abwechslungsreiche Landschaft entstand. Beim Bau der Eisenbahnlinie und der Landstraße 333 wurden einige der Schleifen begradigt. Obwohl die Sieg so teilweise an Natürlichkeit verlor, entstanden mit den Altarmen wertvolle Biotope.
Die Sieg besitzt ein dichtes Netz von Bächen und Nebenflüssen, die eine Landschaft entstehen ließen, die von vielen Tälern und Bergrücken geprägt ist. Ab Hennef öffnet sich das Siegtal jedoch und bildet eine Ebene, die sich bis ins Rheintal fortsetzt.
Die Sieg fließt bei Au, südöstlich von Windeck, in den Rhein-Sieg-Kreis und mündet bei Bonn in den Rhein.