Den 15 km lange Bygholm Å tager sin begyndelse ved Klaks Mølle i Hedensted Kommune, hvor Gesager Å løber sammen med Møllebæk. Herfra løber åen østpå og rammer snart grænsen til Horsens Kommune, som den følger kortvarigt, indtil den løber ind i kommunen. Åen fortsætter mod øst og rammer Bygholm Sø kort før Horsens. Den 59 ha store sø blev anlagt ved en opstemning af åen 1918-19 for at drive et vandkraftanlæg, der var i drift indtil 1959. Efter at have gennemløbet søen drejer åen ned gennem Bygholm Park og fortsætter derefter den korte vej til udløbet i Horsens Havn på østsiden af broen med Høegh Guldbergs Gade.
Åen er forholdsvis ureguleret og kantes på sit løb af ferske enge, moser og overdrev. På strækningen opstrøms Kørup Bro bliver ådalen skarpt nedskåret med kalkrige overdrev på de stejle skråninger og rigkær tættere på åen. Det har resulteret i et bemærkelsesværdigt planteliv, der tæller en række mere eller mindre sjældne arter som alm. hjertegræs, tuestar, blågrå siv, majgøgeurt, tyndakset gøgeurt, opret kobjælde, knoldet mjødurt, tvebo baldrian og lav tidsel. I nogle af kærene er der desuden fundet de sjældne, blot få millimeter store skæv vindelsnegl, kildevældsvindelsnegl og sumpvindelsnegl.
Kort før udløbet gennemløber åen Bygholm Park, som blev fredet i 1993. Derudover er 51 ha af Bygholm Ådal opstrøms Kørup Bro udpeget som habitatområde.
