Длина — 769 км, площадь водосборного бассейна — 46,2 тыс. км²[2]. Крупнейший по площади бассейна и 2-й по длине приток Селенги[3].
Берёт начало на склонах Чикоконского хребта, протекает вдоль южного склона Малханского хребта по территории Забайкальского края и Бурятии, частично — по границе с Монголией. В нижней части течёт в пределах Селенгинского среднегорья, разбиваясь на рукава, образующие протяжённые острова.
Питание преимущественно дождевое. Летом и осенью паводки. Среднегодовой расход воды — 263 м³/с, объём стока 8,237 км³/год. Замерзает в конце октября — ноябре, в верховьях на перекатах перемерзает. Вскрывается в апреле — начале мая, ледоход продолжается 4 дня[3].
Среднемноголетняя мутность воды 49 г/м³, что соответствует расходу взвешенных наносов 12,8 кг/с и стоку наносов около 400 тыс. т. Вода маломинерализованная (до 65 мг/л), по химическому составу относится к гидрокарбонатному классу и кальциевой группе[3].
Погребение мужчины в окрестностях села Жиндо и женщины с европеоидными признаками с поселения Мельничное на левом берегу реки Чикой датируется возрастом около 8 тыс. лет назад. Планируется выполнить анализ ДНК[4].
Издавна по долинам реки кочевали различные бурятские, монгольские и эвенкийские племена. С середины XVII века Чикой использовался русскими землепроходцами в качестве водного пути при освоении Забайкалья. В 1665 году на правом берегу Селенги, ниже устья Чикоя, был основан Селенгинский острог, контролировавший водные пути по этим рекам. Низовья Чикоя были частью пути в Монголию через Кяхту.