남한강의 발원천으로서, 한강 최상류를 형성한다. 발원지는 태백시 금대봉(金臺峰)에 있는 검룡소(儉龍沼) 또는 삼척시의 대덕산(大德山:1,307m)이나 중봉산이라는 설이 있다. 정선군 북동쪽 임계면에서 서쪽으로 흘러내린 임계천(臨溪川)이 북부 여량(餘糧)에서 골지천에 합류하고, 이 물줄기는 정선읍 남쪽에서 조양강(朝陽江)과 합류한다.
정선 일대의 수많은 산과 산맥으로 인해 곡류를 하면서, 뱀이 몸을 비트는 형상의 사행천(蛇行川)이 되었다. 따라서 골지천과 임계천변을 따라 수많은 소, 여울, 절벽, 백사장, 자갈밭 등이 펼쳐지고 곳곳에 절경이 이루어진다.
대표적인 명소로는 대관령 북서쪽 황병산(黃柄山:1,407m)과 매봉(1,173m) 사이에서 발원한 송천(松川)이 골지천과 합쳐지는 아우라지, 여량리에서 6km 떨어진 잠수교 건너에 있는 발면동, 9가지 풍치가 있다는 구미정(九美亭), 3만 3000㎡ 면적의 잔디밭에 아름드리 느릅나무들이 우거진 미락숲유원지, 송림과 자갈밭이 어우러진 바위안유원지가 있고, 그밖에 송계마을, 반천, 봉정마을 등이 있다.