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콜로라도 주 남서부에 있는 로키 산맥 남부에서 발원하여 멕시코 만까지 흐르며, 텍사스 주(미국)와 멕시코 사이의 경계선 전체를 이룬다.

리오그란데 강은 해발 3,700m 이상인 콜로라도 주의 샌환 산맥에 있는 눈이 녹아서 흐르는 깨끗한 하천을 그 기원으로 한다. 이 강은 콜로라도 주에서 남동쪽과 남쪽으로 280㎞, 뉴멕시코 주를 가로질러서 남쪽으로 760㎞, 텍사스 주와 멕시코의 치와와 주, 코아우일라 주, 누에보레온 주 사이를 지나 남동쪽으로 약 2,000㎞ 흘러가서 멕시코 만에 이른다.

강의 상류는 가문비나무·전나무·포플러의 삼림을 통과하여 콜로라도 주에 있는 폭이 넓은 산루이스 계곡으로 흘러든다. 그 다음에는 뉴멕시코 주 북부에 있는 리오그란데 계곡과 화이트록 협곡을 가로질러 흘러 지형적으로 베이슨앤드레인지프러빈스, 멕시코 고원지방으로 분류되는 탁 트인 지역으로 들어간다. 만의 해안평야지대에 들어서기 직전에 텍사스-멕시코 경계선을 따라 '큰 만곡'지대가 있는 단층지역을 통과하는데, 이때 깊이가 457m에서 518m 사이인 3개의 협곡을 가로지른다. 강의 나머지 부분에서는 해안평야를 가로질러 천천히 흘러 멕시코 만 삼각주에 다다른다.

리오그란데 강의 주요 지류로는 미국의 페이커스·데블스·차마·푸에르코 강과 멕시코의 콘초스·살라도·산후안 강이 있다(→ 페이커스 강, 콘초스 강, 살라도 강). 리오그란데 강의 총 유역면적은 44만 5,000㎢에 이른다. 강물의 양이 가장 많은 시기는 3~10월이다. 강의 상류지역에서 수면이 가장 높은 때는 대체로 5월이나 6월인데, 이것은 눈이 녹고 종종 심한 뇌우가 일어나기 때문이다. 반면 강의 하류지역에서 수면이 가장 높은 때는 6월이나 9월인데, 여름의 폭풍우 때문이다.

리오그란데 강의 연평균수량은 100만㎥ 이상으로 추산된다. 리오그란데 시 상류쪽에 팔콘 댐을 건설하기 전에는 이 수량의 1/3 정도가 멕시코 만까지 흘러갔다. 120만㏊ 이상의 농지가 리오그란데 강에서 물을 공급받고 있는데, 그중 2/3는 미국 내에 있다. 관개를 통해 재배하는 주요작물은 콜로라도 주의 감자와 알팔파, 리오그란데 저지를 따라 재배되는 목화·감귤류·과일·채소 등에 이르기까지 다양하다. 이 지역에서 농업과 축산업 다음으로 중요한 산업은 광업과 휴양산업이다.