Река образуется от слияния рекАян-Юрях и Кулу, берущих начало на Охотско-Колымском нагорье.

Впадает в Колымский залив Восточно-Сибирского моря тремя главными протоками: Каменная Колыма — правая, судоходная,Походская Колыма и Чукочья. Длина дельты 110 км, площадь 3000 км².

итание реки смешанное: снеговое (47 %), дождевое (42 %) и подземное (11 %). Половодье с середины мая по сентябрь. Размах колебаний уровня до 14 м. Среднегодовой расход воды — у Среднеколымска (641 км от устья) 2250 м³/с, наибольший — 25 100 м³/с (июнь), наименьший — 23,5 м³/с (апрель). Годовой сток в устье 123 км³ (3900 м³/с). Средний годовой сток наносов 5,5 млн т. В летнее время уровень воды в Колыме падает, и только в период дождей наблюдается подъём воды и образование кратковременных паводков. Температура воды в реке низкая — 10—15 °C, и только на спокойных участках в конце июля — начале августа достигает 20—22 °C. Замерзает в середине октября, реже в конце сентября. Перед ледоставом ледоход и шугоход продолжительностью от 2 суток до месяца,зажоры. Зимой наледи, русловые и обширные грунтовые. Вскрывается во 2-й половине мая—начале июня. Ледоход длится от 2 до 18 суток, сопровождается заторами.

Наиболее крупные притоки: Таскан, Сеймчан, Поповка, Ясачная, Зырянка, Ожогина, Седедема — слева; Средникан,Бахапча, Буюнда, Балыгычан, Сугой, Коркодон, Каменка, Берёзовка, Омолон, Анюй — справа.