Ounasjoki izvire na sjeverozapadu Regije Lapland iz Jezera Ounasjärvi kod grada Enontekiö nedaleko od švedske granice. Od tamo rijeka teče prema jugoistoku, i pritom prima pritoke; Näkkäläjoki, Käkkälöjoki, Syvä Tepastojoki, Loukinen, Meltausjoki i Marrasjoki.

Kod grada Rovaniemi ima ušće u Kemijoki.

Sliv rijeke velik je 13,968 km², i proteže se kroz rijetko naseljen kraj. Od decembra do maja rijeka se ledi, tad ima vrlo malo vode, ali od proljeća nabuja.