Den ca. 33 km lange Holtum Å udspringer i Nedergård Skov. Herfra løber den mod nordvest til Ejstrup Sø ved Ejstrupholm. Fra søen fortsætter åen mod vest gennem Ikast-Brande Kommune til grænsen til Herning Kommune, som den følger indtil udløbet i Skjern Å nordøst for Sandfeld Plantage.
Holtum Å er et forholdsvis lille vandløb, men ved udløbet når det dog en bredde på ca. 6 m. Meget af åen var tidligere kraftigt reguleret, og i forbindelse med de mange dambrug var der opstemninger, som hæmmede vandrefiskenes passage op i åen. I dag er alle spærringer fjernet, og på visse strækninger er åen blevet genslynget, ligesom der er udlagt gydegrus til laksefisk.
Opstrøms Ejstrup Sø kantes åen især af ferske enge, mens ådalen nedstrøms søen præges af moser, ligesom åen her passerer større hedearealer. Flere steder består bunden af grus og sten, men generelt præges vandløbet af sand og sandvandring. Fiskebestanden omfatter bl.a. stalling, bækørred, havørred og laks samt både bæklampret og finnestribet ferskvandsulk. I og langs åen er der desuden et rigt insektliv, som bl.a. tæller flere sjældne døgnfluer og slørvinger.
Fra udspringet og op til Kejlstrup Plantage øst for Ejstrupholm indgår åen i habitatområdet Store Vandskel, Rørbæk Sø, Tinnet Krat og Holtum Å øvre del.
