Вологда берёт начало в лесистом районе к северо-западу от города Вологды на высоте более 181 м над уровнем моря[3]. Течение в верховьях довольно быстрое, русло извилистое. Общее направление течения реки — на восток. В северо-западных пригородах Вологды река принимает свой крупнейший приток — Тошню.
После города река выходит на обширную заболоченную низменность. Течение практически исчезает. Вологда впадает в Сухону в нескольких сотнях метров выше устья Лежи, на высоте 106 м над уровнем моря[4]. За два километра до устья от Вологды отходит боковая протока, называемая Окольной Сухоной, соединяющая Вологду и Лежу.
На 2007 год Вологда была одной из самых загрязнённых рек бассейна Северной Двины. Её воды характеризовались как грязные (4-й класс, разряд «б»). В предыдущие годы, на протяжении 15-20 лет река также была одной из двух самых загрязнённых рек (вместе с рекой Пельшма) бассейна Сухоны, её вода оценивалась как «грязная» и «экстремально грязная»[5].