Kolbäcksån har fått sitt namn genom att den rinner genom Kolbäck. Ån är 199 km lång inklusive källflöden och rinner i sydöstlig riktning från Dalarnas län, genom Västmanlands län och mynnar slutligen i Mälarviken Galten. På sin väg rinner den genom sjöarna Väsman, Barken och Åmänningen.
Åns avrinningsområde är 3118 km2 och den har en medelvattenföring på 27m3/s vid mynningen. Det innebär att den är Mälarens näst största tillflöde. Strömsholms kanal följer ån och dess kedja av sjöar i 100 km. Den hotade fiskarten asp leker i åns nedre delar.
Kolbäcksåns avrinningsområde skär igenom tre län och 14 kommuner. Ån har sina källor i Dalarnas län där den rinner genom kommunerna Vansbro, Gagnef, Ludvika, Säter, Hedemora och Smedjebacken. I Örebro län går avrinningsområdet genom Ljusnarsbergs kommun. I Västmanlands län rinner vatten genom Skinnskattebergs, Fagersta, Norbergs, Sala, Surahammars, Köpings och Hallstahammars kommun för att slutligen mynna i Mälaren.
Avrinningsområdet är 3118 km2 stort med en befolkning på 77 200 personer, varav 67 000 bor i tätort. Inom vattensystemet finns 357 sjöar och 928 vattendrag. Här finns också fyra Natura 2000-områden med värdefulla vattenmiljöer.
Området kring Kolbäcksån består mest av skogsmark på granit och gnejs som berggrund. Det gör att vattnet är känsligt för sur nederbörd. Längs Kolbäcksåns huvudfåra finns jordbruksmark och tätorter vilket gör att tillförseln av näringsämnen ökar i de nedre delarna av ån. Mest belastad av näringsämnen är ån nära sitt utlopp vid Mälaren.
Kolbäcksåns avrinningsområde har stort kulturhistoriskt värde. Det har under många år utnyttjats för metallutvinning, metallindustri, vattenkraft och transporter och är därför rikt på kulturhistoriska platser och miljöer. Äldre gruvdrift och metallindustri i området innebär dock att sjöar och vattendrag här har påverkats av metallutsläpp under lång tid. Sedan 1970-talet har utsläppen minskat tack vare högre krav men äldre utsläpp ligger sannolikt kvar i sedimenten. Kolbäcksåns vattensystem är starkt fysiskt påverkat av dammar, regleringar och slussar.