Med en længde på ca. 60 km er Odense Å Fyns længste vandløb. Den udspringer i Arreskov Sø i Faaborg-Midtfyn Kommune og løber herfra nordpå, indtil den rammer grænsen til Odense Kommune ved Fangel Vestermark. Åen fortsætter nordpå op gennem Odense og drejer østpå ved Munke Mose for at slå et sving rundt om Vollsmose, inden den løber det sidste stykke op mod udløbet i Odense Fjord ved Seden Strand. På sin vej nordpå fra udspringet får åen tilløb fra en række mindre vandløb. Tilsammen giver de Odense Å et opland på hele 622 km2, svarende til ca. 21 % af Fyns areal.
På en del af strækningen op gennem kommunen løber åen gennem den markante Odense Ådal. Ved Bellingebro har ådalen en bredde på ca. 230 m, og her fremstår åen med god strøm over en gruset bund. Efterhånden som man nærmer sig Odenses centrum, medfører opstemninger dog, at strækninger af åen er mere stillestående, og ved den tidligere Dalum Papirfabrik mindede åen i mange år om en aflang mølledam. I 2020 blev stemmeværket ved papirfabrikken dog fjernet, og der blev etableret et 350 m langt stryg, hvilket har genskabt en ca. 3 km lang strækning af åen.
På sit løb forbi Fruens Bøge er åen påvirket af opstemningen ved Munke Mose, hvilket har givet åen en større dybde, samtidig med at den har sænket strømhastigheden betydeligt. For at forbedre passagen for vandrefisk op i åen blev der etableret et nyt stryg ved Munke Mose i 2008. Stryget fik navnet Saabyes Stryg efter kunstneren, lystfiskeren og miljøforkæmperen Svend Saabye. Midt i åen, ikke langt fra Saabyes Stryg, står skulpturen Havhesten, der siden 1939 har prustet åvand ud af næseborene.
Fra omkring Søndergårds Haver H/F ved Vollsmose bliver præget af bebyggelse mindre, og indtil Seden domineres ådalen atter af enge og moser. Herefter betyder saltpåvirkningen fra fjorden, at de ferske enge erstattes af strandeng, som præger landskabet langs åen indtil udløbet. Størstedelen af mose- og engarealerne ejes af Odense Kommune, der plejer dem med græsning af heste og kreaturer.
Ådalens enge og moser har et stedvis rigt planteliv, der bl.a. omfatter butblomstret siv, blågrå siv, krognæbstar, toradet star, kærstar, topstar, nikkende star, smalbladet kæruld, tvebo baldrian, bukkeblad og sideskærm. Dertil kommer orkidéerne majgøgeurt og kødfarvet gøgeurt samt den kødædende vibefedt. I selve åen består plantelivet af arter som hjertebladet vandaks, børstebladet vandaks, svømmende vandaks, kruset vandaks, gul åkande, enkelt pindsvineknop, grenet pindsvineknop, fladfrugtet vandstjerne, pilblad, alm. vandranunkel og frøbid.
Fiskebestanden tæller arter som gedde, aborre, skalle, brasen, elritse, pigsmerling og ål, ligesom åen er af stor betydning som gydevandløb for havørred. Bæk- og havlampret er også fundet fåtalligt i åen. Af særlig betydning er elritsen, da den tjener som vært for larverne af tykskallet malermusling.
Om vinteren kan vandstær opleves flere steder langs åen, mens isfuglen ofte ses ved det lille tilløb til åen ved Erik Bøghs Sti tæt på Skovsøen. Odderen har holdt til langs åen siden 2012.
Dele af Odense Å er blevet fredet ad flere omgange siden 1926. I 1999 rejste Odense Kommune og det daværende Fyns Amt fredningssag for hele åens løb gennem kommunen. På grund af fredningens omfang blev den gennemført i tre etaper 2006‑11. Derudover indgår næsten hele åen, fra udspringet til omkring Seden, i habitatområdet Odense Å med Hågerup Å, Sallinge Å og Lindved Å. Fra Seden til udløbet er åen en del af habitat- og fuglebeskyttelsesområdet Odense Fjord.
