Aarhus Å udspringer af en Solbjerg Sø – en tunneldal og følger nordvestlig retning, før den bryder ud af dalen for at fortsætte østover gennem Aarhusdalen, indtil den møder Aarhus bugten. Landskabet langs åen er blødt kuperet med en stigning i retning fra øst til vest, formet af istidens sidste faser, som man kan se af de dødishuller, der findes mellem Aarhus og Galten.

Specielt strækningen gennem Jeksendalen er bemærkelsesværdigt smuk – her er den også fredet. Tidligere var området hjemsted for mange vandmøller som nu er fjernet. Dette har øget lystfiskernes muligheder for at fange forskellige arter af ørreder i åen, selvom laksen endnu ikke er vendt tilbage til åen.

Aarhus Å løber gennem både den nyanlagte Årslev Engsø og Brabrand Sø. Brabrand Sø, som er relativt lavvandet, blev tidligere udsat for store mængder bundmateriale pga. reguleringen af åen, kombineret med dårligt renset spildevand fra virksomheder og boligområder. Dette resulterede i en markant eutrofiering af søen. Brabrand Sø er nu både et EU-habitatområde og et Natura 2000-område, som Danmark er forpligtet til at beskytte pga. sin betydning som levested for mange fuglearter. Aarhus Kommune har forsøgt at bekæmpe eutrofieringen og genoprette søen’s økosystem ved at implementere forskellige og omkostningsfulde metoder gennem årene, herunder oprettelsen af ​​Årslev Engsø vest for søen i 2003.

Aarhus Å modtager tilløb fra flere småbække og kilder, hvoraf den vigtigste er Lyngbygård Å, der løber til Aarhus Å via Årslev Engsø vest for Årslev by.