ต้นน้ำของแม่น้ำลพบุรี อยู่ที่แม่น้ำเจ้าพระยาบริเวณตำบลม่วงหมู่ อำเภอเมืองสิงห์บุรี จังหวัดสิงห์บุรี[2] ไหลมาทางตะวันออกผ่านอำเภอพรหมบุรี จังหวัดสิงห์บุรี, อำเภอท่าวุ้ง และอำเภอเมืองลพบุรี จังหวัดลพบุรี ก่อนไหลลงไปทางใต้เข้าเขตอำเภอบ้านแพรก, อำเภอมหาราช, อำเภอบางปะหัน, อำเภอนครหลวง[3] และไหลมาบรรจบกับแม่น้ำป่าสักหน้าตำบลหัวรอ อำเภอพระนครศรีอยุธยา จังหวัดพระนครศรีอยุธยา ถึงจะมาบรรจบกับแม่น้ำเจ้าพระยาบริเวณหน้าวัดพนัญเชิง ตำบลหอรัตนไชย อำเภอและจังหวัดพระนครศรีอยุธยา รวมความยาวที่ไหลผ่านจังหวัดพระนครศรีอยุธยาประมาณ 63 กิโลเมตร[4]

แต่เดิมแม่น้ำลพบุรีสายเก่าไหลไปรวมกับแม่น้ำเจ้าพระยาบริเวณวัดขุนยวนโดยมีลักษณะไหลโอบบริเวณเกาะเมืองด้านเหนือไปทางตะวันตก[5] ครั้นได้มีการขุดลอกคลองเชื่อมระหว่างแม่น้ำลพบุรีกับแม่น้ำป่าสักที่อยู่ทางทิศตะวันออกบริเวณวัดตองปุ เรียกว่า "คูขื่อหน้า" ทำให้กรุงศรีอยุธยามีสัณฐานเป็นเกาะ[6] กลายเป็นคูเมืองทางเหนือของกรุงศรีอยุธยา[7] อีกทั้งแม่น้ำลพบุรีไหลลงแม่น้ำป่าสักมากขึ้นเพราะระยะทางใกล้กว่า ส่วนแม่น้ำลพบุรีสายเดิมที่ไหลลงสู่แม่น้ำเจ้าพระยาก็ตื้นเขินและแคบลงเรียกกันว่า "คลองเมือง"[8]

มนุษย์ใช้ประโยชน์จากแม่น้ำลพบุรีมาไม่น้อยกว่า 3,000 ปีแล้ว จนเป็นแหล่งชุมชนที่พัฒนาเป็นบ้านเมืองแล้วเป็นรัฐ ได้แก่ รัฐทวารวดี, รัฐละโว้-อโยธยา ก่อนพัฒนาเป็นกรุงศรีอยุธยาในกาลต่อมา[2] ในยุคทวารวดี สายน้ำนี้เป็นเส้นทางเชื่อมต่อกับคลองและสายน้ำไปยังเมืองบางไผ่ (อำเภอบ้านหมี่ จังหวัดลพบุรี), เมืองจันเสน (อำเภอตาคลี จังหวัดนครสวรรค์), เมืองอู่ตะเภา (อำเภอมโนรมย์ จังหวัดชัยนาท) ดังจะพบวัดเก่าสมัยอยุธยาเรียงรายตามลำน้ำอยู่เป็นจำนวนมาก ทั้งนี้พระยาโบราณราชธานินทร์ (พร เดชะคุปต์) ได้สันนิษฐานไว้ในหนังสือ "ระยะทางเสด็จพระราชดำเนินประพาสตั้งแต่พระราชวังจันทรเกษมถึงจังหวัดลพบุรี" ในรัชกาลพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัวว่า "เส้นทางสายนี้คงเป็นแม่น้ำลพบุรีสายเดิม และพระนางจามเทวีเดินทางจากละโว้ ขึ้นไปครองเมืองหริภุญไชย ผ่านตามเส้นทางน้ำที่ไหลไปบรรจบกับแม่น้ำเจ้าพระยาแถบหลังอำเภอพยุหะคีรี"[9]

ในอดีตแม่น้ำลพบุรีมีความสำคัญในด้านการคมนาคมทางน้ำ ที่จังหวัดลพบุรีมีการใช้ลำน้ำนี้เพื่อติดต่อค้าขายกับกรุงเทพมหานคร โดยมีท่าเรือสำหรับเดินทางไปยังกรุงเทพฯ ที่ท่าน้ำตรงข้ามวัดพรหมาสตร์ นอกจากนี้ชาวบ้านยังใช้เดินทางไปต่างเมือง คือเมืองสิงห์บุรีและบ้านแพรก แต่ปัจจุบันผู้คนนิยมเดินทางด้วยรถยนต์ การสัญจรทางน้ำในแม่น้ำลพบุรีจึงหายไป[1]