Берёт начало на западных склонах Общего Сырта, в 9 км к юго-востоку от села Алябьево Пономарёвского района, Оренбургской области, впадает в реку Самару с правого берега между городом Кинель и посёлком Алексеевка.
Длина реки — 442 км, общее падение — 265 м, средний уклон — 0,6 %, средняя высота водосбора — 154 м, площадь бассейна — 14900 км².
Длина реки в пределах Оренбургской области — 196 км, площадь водосбора — 6986 км², общее падение — 185 м, средний уклон — 0,9 %.
Принимает 196 больших и малых притоков, из которых значительны левые Малый Кинель и Кутулук. Притоки, как и сам Большой Кинель, с повышенной минерализацией воды. Вода жёсткая, по химическому составу гидрокарбонатно-кальциевая. Основные притоки в пределах Оренбургской области: Умирка, Ереуз, Большая Кисла, Мочегай, Савруша, Кондузла.
Бассейн реки асимметричен по форме: правобережье относительно высокое и сильно расчленено; рельеф левобережья отличается мягкостью очертаний и меньшей расчленённостью. Грунты глинистые и суглинистые, растительность степная и лесостепная.
Долина реки хорошо выражена, трапецеидальная, шириной в верховье 1,5−2 км, в нижнем течении — 7−8 км. Склоны долины сложены суглинистым грунтом, по правому склону отмечены обнажения скальных пород.