Der Segre ist mit 265 km der längste Nebenfluss des Ebro. Er entspringt an der Nord-Flanke des Puigmal de Segre (2843 m), im Regionalen Naturpark Pyrénées Catalanes, im Gemeindegebiet von Llo in der Cerdanya und formt auf den ersten zehn Kilometern seiner Lauflänge die Segreschlucht (Gorges du Sègre). Im Oberlauf münden viele kleinere Gebirgsbäche in den Segre. Nach der Exklave Llívia passiert er die spanische Grenze bei Puigcerdà und fließt weiter nach Westen bis La Seu d’Urgell, wo der Valira (la Valira Gran) mündet, der über 90 % des Territoriums von Andorra entwässert. Hier befindet sich der Parc Olímpic del Segre, wo Kanuwettbewerbe der Olympischen Spiele 1992 in Barcelona durchgeführt wurden.

Der Segre verläuft in südwestlicher Richtung auf katalanischem Gebiet bis kurz vor seiner Mündung in den Ebro nahe der Kleinstadt Mequinenza, die sich im östlichen Zipfel der Provinz Saragossa in Aragonien befindet. Der Ebro ist oberhalb der Einmündung des Segre zu einem großen See aufgestaut (Embalse de Mequinenza, genannt Mar de Aragón), die Mündung liegt im Staubereich der Pantà de Riba-roja. Südlich von Fraga mündet der fast ebenbürtige Nebenfluss Cinca in den Segre.

Die mit Abstand größte Stadt am Flusslauf ist Lleida, Hauptstadt der gleichnamigen Provinz.

Waller aus dem Segre!!!!!