Длина — 379[2] км, площадь бассейна — 8840[2] км². Протекает по Окско-Донской равнине. Долина местами заболочена. Правый берег высокий, покрыт лиственными лесами, а левый — низкий, распаханная степь. Питание реки снеговое. Среднегодовой расход воды — 18,2 м³/с. Ледостав с середины декабря по конец марта.
На Битюге и его притоках расположены города и посёлки городского типа Новопокровка, Мордово, Эртиль, Анна, Бобров.
Река знаменита среди воронежских любителей рыбалки и водного туризма своими красотами и обилием рыбы. Дубовые леса, тростниковые заросли, редкие на этой широте сосновые боры, песчаные пляжи, широкие плёсы и заводи, быстрые, узкие протоки — всё это заметно при плавании по Битюгу. В его водах водятся краснопёрка, плотва, ёрш, голавль, щука, язь, лещ, окунь, карась, линь, налим. Редко встречается сом, судак.
Отдельные участки реки являются гидрологическими и ландшафтными памятниками. В Липецкой области в 1998 году участок в районе села Талицкий Чамлык Добринского района объявлен ландшафтным памятником «Верховья реки Битюг»[3]. В Воронежской области гидрологическими памятниками являются: участок от села Старый Эртиль до села Щучье. Его длина — 7 км. В начале участка в Битюг впадает река Матреночка, в конце его — река Эртиль. Русло реки на этом участке извилистое, широкие плёсы чередуются с узкими перекатами. Второй участок, объявленный памятником, — вниз от посёлка Анна, слева — река Курлак. Долина реки имеет ширину 3 км. Её склоны покрыты дубравой.
В бассейне Битюга много старых сахарных заводов. С начала сезонов сахароварения здесь часто бывали аварийные сбросы сточных загрязняющих веществ. Особенно в этом отношении отличаются Новопокровский Мордовского района Тамбовской области[источник не указан 2349 дней], Эртильский и Нижнекисляйский сахарные заводы Воронежской области. В результате загрязнения снижается содержание в воде растворенного кислорода, гибнет рыба, исчезают раки — индикаторы чистой воды. В настоящее время, после закрытия сахарных заводов в конце 80-х г, в частности Новопокровского (не функционирует уже более 20 лет) годов данная проблема стала малоактуальной. При этом уменьшение по причине возведения запруд в верхней части приводит к заболачиванию и обмелению реки в верхней части течения.