Długość rzeki wynosi 16,5 km, w tym 9,961 km na terenie Warszawy. Według innego źródła długość to 14 km, w tym około 9,5 km w granicach stolicy. Szerokość cieku to między 4 a 8 m, głębokość 0,5–1,5 m, nachylenie skarp 1:2, a spadek dna wynosi 0,1‰. Szerokość cieku zwiększa się znacznie po połączeniu z wodami Kanału Sobieskiego. Powierzchnia zlewni rzeki to 142 km².
Największym dopływem Wilanówki jest Potok Służewiecki (poniżej Jeziora Wilanowskiego nazywany Kanałem Sobieskiego). Innym dopływem jest rów Latoszka.
Pozostałościami dawnego koryta Wilanówki są: Łacha Siekierkowska, zalądowana, w rejonie dawnego ujścia Wilanówki istniejącego jeszcze na początku XX wieku. Część autorów uważa, że przed rozpoczęciem pod koniec XIX wieku regulacji mającej roztokowy charakter Wisły nie była ona końcowym odcinkiem Wilanówki, ale lewą, mniej aktywną odnogą Wisły, do której uchodziła Wilanówka. zakole Wilanówki („Stara Wisła”) w rejonie Lisów o promieniu ok. 1 km.