La Brenne (70 kilomètres de long) prend sa source près de Sombernon (544 mètres d'altitude), à une trentaine de kilomètres à l'ouest de la ville de Dijon, en Bourgogne. Elle reçoit, dans la plaine des Laumes, la petite rivière l'Ozerain qui passe non loin de Flavigny et l'Oze, elle-même constituée des ruisseaux Drenne, Lavaux et Rabutin. Elle se jette dans l'Armançon entre Montbard et Buffon, en Côte-d'Or, à moins d'une dizaine de kilomètres du confluent de l'Armançon avec l'Yonne.

Elle alimente le réservoir de Grosbois-en-Montagne, grande retenue d'eau artificielle servant d'une part à régler le niveau d'eau du canal de Bourgogne et d'autre part à l'alimentation en eau potable. Elle passe à proximité du site d'Alésia et de celui de l'Abbaye de Fontenay, ainsi qu'à Brain, sous le Pont de la Planche !