Длина — 858 км[3] (без Восточного Алея — 828 км[3]), площадь водосборного бассейна — около 21 100 км²[3]. Впадает в Обь на 3461 километре от её устья, в 4 км к северо-востоку от села Усть-Алейка). Самая длинная река Алтайского края.
В верховьях Алей протекает в отрогах Тигирецкого хребта на высоте 810 метров над уровнем моря и Колыванского хребта, в среднем и нижнем течении — по Приобскому плато вдоль ложбины древнего стока.
В верховьях, до впадения реки Глубокой, Алей представляет полугорный поток со средним уклоном в межень 10,9 %. Русло узкое, каменистое, не разветвлённое. На втором и третьем участке река представляет собой меандрирующий по пойме поток шириной 25—40 м, её уклон резко уменьшается (1,47—0,88 %). Для всей верхней части характерны значительные скорости течения. На втором и третьем участках наблюдаются интенсивные русловые деформации.
Ширина долины в верхнем течении на участке от села Староалейского до села Локоть достигает 3—5 км. Правый склон крутой, расчленён долинами притоков, логами и балками; левый склон большей частью обрывистый. Высота берегов достигает 10—13 м. Ниже села Локоть долина достигает 5—8 км ширины.
В нижнем течении долина врезается в Приобское плато на глубину 60—70 м и её ширина уменьшается до 3—4 км. Склоны местами обрывистые, сложены суглинистыми грунтами, расчленены глубокими оврагами, балками и долинами притоков.
Пойма сухая, заросшая травой и кустарником. В среднем течении пойма двусторонняя (до села Локоть) шириной 1,5—3 км, а ниже расширяется до 4—5 км. Поверхность поймы сильно пересечена излучинами реки и старицами, а в прирусловой части — прирусловыми валами. Ниже села Локоть пойму пересекают продольные протоки Алея: Склюиха, Вавилон. В нижнем течении пойма развита в виде больших массивов (длиной 8—15 км), расположенных между крупными излучинами реки, поочерёдно у одного из берегов. Преобладающая ширина поймы 2—6 км.