Исток находится в национальном парке «Таганай» между горами Круглица и Ицыл в Киалимском болоте на западном склоне Уральских гор. Впадает в реку Миасс на их восточном склоне. Протекает между хребтами Большой Таганай и Ицыл. Длина реки — 46 км. Является памятником природы Челябинской области. Большой Киалим с притоками — единственная река Таганая, входящая в бассейн Карского, а не Каспийского моря.