Den 35 km lange Sønderup Å udspringer vest for landsbyen Ravnkilde ved den vestlige del af Rold Skov. Inden sit udløb i Halkær Å løber åen gennem en lang og dyb smeltevandsdal, som især ved Hyldal og Højris er meget imponerende. Fra Mosbæk til Vegger Bro er åen stort set ureguleret. Strømmen er god, og bunden veksler mellem sand-, grus- og stenpartier.
Vedligeholdelsen af Sønderup Å har været mindre hårdhændet end i mange andre danske vandløb. Åen har derfor bevaret en varieret vandplantevækst. Den dominerende vandplante er en krydsning mellem kruset og langbladet vandaks, som vokser sammen med bl.a. fladfrugtet vandstjerne, sideskærm, alm. vandpest, alm. vandranunkel og enkelt pindsvineknop. Flere steder passerer åen ellesumpe, og langs bredderne danner tagrør, rørgræs og grenet pindsvineknop stedvis tætte bestande.
Åen har en veludviklet smådyrsfauna med bl.a. majflue og blåbåndet pragtvandnymfe. I den øvre del af ådalen er der desuden fundet den sjældne kildevældsvindelsnegl. Fiskefaunaen omfatter bækørred, havørred, bæklampret og grundling samt trepigget og nipigget hundestejle. Odder, bjergvipstjert og isfugl holder til langs åen, og i 2015 dukkede også bæveren op ved Højris Mølle. Antagelig er der tale om strejfere fra bestanden i Klosterheden i Vestjylland.
Sønderup Ådal er fredet ad flere omgange fra 1949 til 1982. Fredningen omfatter i dag et samlet areal på 840 ha. Derudover indgår ådalen i habitatområdet Nibe Bredning, Halkær Ådal og Sønderup Ådal.
