L’Ouche prend sa source à Lusigny-sur-Ouche à 420 m d’altitude pour se jeter dans la Saône à Echenon à 180 m après un parcours d’environ 100 km, ce qui représente une pente moyenne de 2,4 ‰.
Le bassin versant de l’Ouche couvre une superficie de 916 km² dont 9 % sur la plaine de la Saône. Son altitude culmine à 630 m dans la région de Ternant et Détain-et-Bruant.
Le réseau superficiel est inégalement réparti avec deux affluents en rive droite : les ruisseaux d’Antheuil et Aubaine qui sont des exutoires du massif calcaire de la Montagne, et 8 affluents en rive gauche (jusqu’en amont de Crimolois) :
- Le Chamban, premier affluent de l’Ouche, et la Vandenesse sont issus du compartiment marneux de l’Auxois et drainent des réservoirs karstiques perchés.
- L’Arvo, la Gironde, la Sirène, le Ru de Prâlon et la Douix sont des exutoires des compartiments marneux de l’Auxois, puis des calcaires.
- Le Suzon : exutoire d’un bassin karstique, c’est le plus long affluent (35 km pour une superficie de 168 km²). Des témoignages nous indiquent que son cours n’est permanent qu’en amont de la source du Chat. Il s’assèche régulièrement en aval de cette source jusqu’à Dijon, ce qui représente environ 20 km. La vallée du Suzon est séparée de celle de l’Ouche par le plateau de Darois. Le Suzon possède encore 2 affluents fonctionnels : le ruisseau de la Combe à la Bergère et le Rû Blanc de la Combe Rat. Dix autres combes sont sèches ou avec des ruisseaux temporaires.