Řeka Radbuza pramení v okrese Domažlice, přibližně 1,5 km severovýchodně od vesnice Závist (část obce Rybník) na západním svahu Pivoňských hor v Českém lese pod vrchem Lysá ve výšce 689 m n.m. Plocha povodí činí 2179,4 km² a průměrný průtok v ústí je 11 m³/s. Odvodňuje jižní část Českého lesa a Chodské pahorkatiny, dále tok protéká Stříbrskou pahorkatinou a směřuje severovýchodním směrem do Plzeňské kotliny.

V Plzni se na 4,8 říčním kilometru ve výšce 303 m n. m. vlévá zprava do Radbuzy řeka Úhlava. Po celkové cestě dlouhé 111,5 km se vlévá do řeky Mže, přitékající zleva od západu. Nadmořská výška soutoku ve Štruncových sadech je 298 m n. m.

Řeka Radbuza teče od svého pramene nejprve severním směrem, v Bělé nad Radbuzou se prudce ohýbá k jihovýchodu až k Horšovskému Týnu, kde se stáčí směrem severovýchodním přes Staňkov, Stod, Chotěšov a Dobřany k Plzni, aby se spojila se Mží v Berounku. Na území města Plzně Radbuza vstupuje v městském obvodu Plzeň 10 – Lhota a Plzní protéká v délce 16 km. Od Litic až do prostoru pod borskou věznicí se nachází vodní nádrž České údolí (hráz je na 7. říčním kilometru, konec vzdutí je na 12. říčním kilometru). Nádrž má sypanou zemní hráz o výšce 9,2 m (délka v koruně je 106 m, šířka v koruně 14 m), vodní plocha měří 116,6 ha (zásobní prostor), max. hloubka je 7,6 m. Průměrný dlouhodobý roční průtok činí 5,6 m³/s, minimální průtok 1 m³/s. Účelem vodního díla z roku 1973 je akumulace vody pro rekreaci, chov ryb a částečné zachycení povodní. Zároveň se stala od roku 2004 havarijním zdrojem pitné vody pro město Plzeň. Nádrž je součástí Rekreační oblasti České údolí a využívá se především pro sportovní rybářství a vodní sporty. Ke koupání je nádrž nevhodná. 

Řeka Radbuza má ze všech plzeňských řek největší povodí, je nejdelší a nejvíce vodná. Z historických povodní vyniká ta z 13. srpna 2002, označená jako tisíciletá voda N1000, kdy byl v ústí řeky naměřen průtok 213 m³/s.

Radbuza odvodňuje poměrně hustě obydlené území s intenzivním zemědělským využitím a s početnými drobnými rybníky. Úroveň nakládání s odpadními vodami se podstatně zlepšila až po realizaci projektu Čistá Radbuza. Tento projekt se soustředil na čištění odpadních vod v jednotlivých větších obcích, ovšem odstraňování fosforu nebylo jeho prioritou. Přispěl ale ke snížení vnosu organického a mikrobiálního znečištění. Čištění odpadních vod v drobných sídlech zatím ve většině případů není ani zdaleka uspokojivě vyřešeno. Proto Radbuza vstupuje do nádrže České údolí jako řeka velmi úživná (eutrofní), unášející v letním období i velké množství fytoplanktonu, pocházejícího z rybníků. Ty jsou úživné nejen proto, že je na nich rybářsky hospodařeno, včetně krmení ryb, ale také proto, že většina z nich se vyrovnává se znečištěním odpadními vodami z obcí ležících v jejich povodí. V povodí Radbuzy dominuje znečištění vodního toku obcemi (bodové). Znečištění vlivem zemědělské výroby (plošné) je až druhořadého významu a projevuje se především erozí. Kromě vysokého zatížení Radbuzy živinami se jiné typy znečištění (ropné látky, těžké kovy) významněji neuplatňují. Nad Plzní je zachováno původní meandrování řeky včetně nezastavěných říčních niv (zhruba od Chotěšova do Plzně), které významně zvyšuje protipovodňovou ochranu Plzně svou retenční kapacitou pro přirozený rozliv řeky za povodňových stavů. Samotná voda v Radbuze se ke koupání příliš nehodí pro svou nízkou průhlednost a vysoký obsah řas a sinic.