Chomutovka sbírá své vody v rašeliništích na svahu Jelení hory, nedaleko přísečnické přehrady.
Za počátek Chomutovky považuje Novoveský rybník, kde je rovněž stanoven začátek měření délky toku. Chomutovka protéká přírodní rezervaci Prameniště Chomutovky, která je chráněna především z biologického hlediska, a
Bezručovým údolím. Na svém toku vytváří
vodopád, který se nachází za
Horou Sv. Šebestiána. Poté teče zhruba jihovýchodním směrem, jenž si udržuje až k ústí do Ohře u Postoloprt.