Gudenå er med sine knap 160 km Danmarks længste vandløb og afvander nogle af landets mest afvekslende landskaber, lige fra hedearealer over skovklædte bakketoppe og fede landbrugsområder til flade, fugtige engarealer. Den løber ind i Randers Kommune ved Langå, hvorfra den fortsætter nordøstpå til Randersbro. Herfra løber åen ud i Randers Fjord, hvis inderste del frem til Uggelhuse har karakter af en stor flodmunding. Det øvre løb har tidligere haft flere forskellige navne, men navnet Gudenå, som betyder »den til guderne indviede«, har fra gammel tid været almindelig brugt om strækningen fra Silkeborg til udløbet.
Der er enge langs Gudenå, men mange af dem har tidligere været afskåret fra åens vand af diger. I de senere år har åen dog fået 328 ha af sine våde enge og rørsumpe tilbage, da Aage V. Jensen Naturfond erhvervede enge og vådområder på begge sider af Gudenå mellem Langå og Randers. Det drejer sig om tre adskilte ejendomme: Hornbæk Enge, Væth Enge og Vorup Enge, som Fonden tilsammen kalder for Gudenåengene.
Efter både national og europæisk målestok er vandplantefloraen i Gudenås nedre løb enestående. Den gør sig især bemærket ved sine store, bølgende bestande af vandaks, som er repræsenteret ved hele otte forskellige arter samt fire krydsninger. I rørskovene vokser desuden høj sødgræs, søkogleaks, dunhammer, rørgræs, brudelys, kalmus og gul iris. Den store, iøjnefaldende canadisk balsamin, som stammer fra Nordamerika og blev indført som prydplante i danske haver, har dannet bestande i rørsumpen mellem Kongensbro og Grund Fjord.
Gudenå er levested for en lang række hvirvelløse dyr, heriblandt mange insekter, som holder til langs åen og udnytter vandet som levested for deres larver og nymfer. Til sidstnævnte hører ud over vårfluer, døgnfluer og slørvinger også guldsmedene blåvinget og blåbåndet pragtvandnymfe samt grøn kølleguldsmed og alm. flodguldsmed, som alle er knyttet til strømmende vand.
Fuglelivet er især rigt i de genetablerede enge og vådområder. Det gælder ikke mindst om foråret og efteråret, hvor trækkende vandfugle raster på Gudenåengene i tusindvis. Odderen findes langs hele åen samt ved udløbet. Den forveksles tit med den langt mindre mink, som ses oftere. De mange insekter langs og over åen tiltrækker flere arter af flagermus, og både vandflagermus og damflagermus kan mange steder opleves, når de jager lavt over åen.
Gudenå er det eneste danske østvendte vandløb, som har haft en betydelig laksebestand, og tidligt har man anlagt såkaldte laksegårde i åen. I 1351 omtales en kongeligt privilegeret fiskegård i åen, men der har formentlig været fiskegårde før den tid. Den bedst kendte er Frisenvold Laksegård, som var en af de tre laksegårde, der med sikkerhed fik kongeligt privilegium til at spærre åen helt. Med opførelsen af vandkraftværket Gudenaacentralen eller Tangeværket i 1921 uddøde den oprindelige Gudenålaks, fordi værket spærrede for fiskenes adgang til gydepladserne længere oppe i åen. Siden 1990 er der årligt blevet udsat små laks i Gudenå, hvilket har betydet, at laksen i et vist omfang er vendt tilbage.
Der er registreret 38 fiskearter i Gudenå. I den nedre del af åen, som går gennem Randers Kommune, omfatter de ud over laksen også arter som grundling, skalle, rudskalle, brasen, suder, karpe, rimte, ørred, aborre, hork, sandart, gedde, knude og ål. De mange fisk gør Gudenå til en populær destination for lystfiskere, og om vinteren fanges der fx mange blanke havørreder på strækningen ved Randers.