แม่น้ำโขงมีต้นกำเนิดมาจากการละลายของน้ำแข็งและหิมะบริเวณที่ราบสูงทิเบตในบริเวณตอนเหนือของประเทศทิเบตและบริเวณมณฑลชิงไห่ของประเทศจีน ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของแม่น้ำที่สำคัญอีก 2 สาย คือ แม่น้ำแยงซี และแม่น้ำสาละวิน แม่น้ำโขงช่วงที่ไหลผ่านประเทศจีนชาวจีนเรียกว่า “แม่น้ำหลานชางเจียง” (Lancang Jiang) ไหลผ่านภูเขาและที่ราบสูงในประเทศจีน ผ่านมณฑลยูนนานเข้าสู่สาธารณรัฐประชาธิปไตยประชาชนลาว สาธารณรัฐแห่งสหภาพเมียนมาร์ และประเทศไทย บริเวณ “สามเหลี่ยมทองคำ” ที่อำเภอเชียงแสน จังหวัดเชียงราย ไหลเป็นเส้นแบ่งเขตระหว่างประเทศไทยกับ สปป.ลาว ผ่านจังหวัดเชียงราย เลย หนองคาย บึงกาฬ นครพนม มุกดาหาร อำนาจเจริญ และอุบลราชธานี เป็นระยะทาง 1,520 กิโลเมตร แล้วไหลเข้าสู่ สปป.ลาว และกัมพูชา ก่อนไหลลงสู่ทะเลจีนใต้ที่ประเทศเวียดนาม รวมความยาวทั้งสิ้น 4,880 กิโลเมตร ครอบคลุมพื้นที่รับน้ำในลุ่มน้ำ 795,000 ตารางกิโลเมตร หรือ 496.875 ล้านไร่

ลุ่มแม่น้ำโขงสามารถแบ่งพื้นที่ออกเป็น 2 ส่วน คือ ลุ่มน้ำโขงตอนบน (Upper Mekong Basin) และลุ่มน้ำโขงตอนล่าง (Lower Mekong Basin) โดยลุ่มน้ำโขงตอนบนเริ่มตั้งแต่ต้นกำเนิดของแม่น้ำโขงในประเทศทิเบต และประเทศจีน ส่วนลุ่มน้ำโขงตอนล่างเริ่มตั้งแต่มณฑลยูนนานในประเทศจีนไหลผ่านประเทศ เมียนมาร์ ไทย สปป.ลาว กัมพูชา และเวียดนาม ก่อนลงสู่ทะเลจีนใต้