La longueur de son cours d'eau est de 13,1 km. La Buthiers prend sa source à Rioz, au sud du Bois d'Anthon, près des lieux-dits la Bourotte et les Grandes Bruyères, à 275 m d'altitude.
La Buthiers conflue en rive droite dans l'Ognon au niveau de Buthiers (d'où son nom), à moins de 100 mde la limite de la commune de Voray-sur-l’Ognon.