Dora Baltea entsteht auf dem Mont-Blanc-Massiv durch den Zusammenfluss zweier kleiner Flüsse in der Nähe von Entrèves: Die Dora di Ferret, die vom Pré de Bar-Gletscher im Val Ferret entspringt, und die Dora di Veny, die vom Miage-Gletscher im Val Veny entspringt.
Wenn sie das Aostatal durchquert, fließt die Dora Baltea durch die Stadt Aosta (wo der Buthier, ein kleiner Fluss, in sie mündet) und in der Nähe aller wichtigen Städte des unteren Aostatals: Châtillon, Saint-Vincent, Verrès und Pont-Saint-Martin. Nachdem er in die Region Piemont eingedrungen ist, durchquert er die Stadt Ivrea und einen großen Teil des Canavese, gelangt von seiner rechten Hand in die Gewässer der Chiusella und erreicht bei Crescentino den Po.
Das Wassereinzugsgebiet hat eine Fläche von 3.890,52 km2 (1.502,14 Quadratmeilen), und sein Abfluss (Wassermenge, die pro Zeiteinheit durch einen Flussabschnitt fließt) beträgt 96 Kubikmeter pro Sekunde, wenn es zum Po gelangt.