De 317,4 km de longueur, il prend sa source aux abords du Perche à Saint-Éman en Eure-et-Loir et longe au sud de cette région sur une grande partie de sa distance, pour se jeter dans la Sarthe (rive gauche) au nord d'Angers, dans le département de Maine-et-Loire. La ville de Vendôme y est connue comme sa capitale culturelle et touristique.
Au cours du XIXe siècle, Le Lude se modernise. Le pont qui enjambe le Loir est reconstruit en pierre en 1868. Le chemin de fer arrive au Lude en 1871 lors de l'ouverture de la ligne reliant La Flèche à Aubigné-Racan, tandis que la navigation sur le Loir est peu à peu abandonnée. La rivière apporte néanmoins au développement économique de la ville, avec la création de plusieurs papeteries au Lude et ses environs.