Die Donau führt ihren Namen ab der Vereinigung zweier Quellflüsse in Donaueschingen, nämlich der Brigach und der größeren Breg, die beide im Mittleren Schwarzwald entspringen.
Die 40 km lange Brigach fließt in der ersten Hälfte ihrer Fließstrecke im Schwarzwald, in der zweiten Hälfte auf der Baar-Hochfläche. Sie entspringt auf 940 m Seehöhe gut 4 km westsüdwestlich von St. Georgen im Schwarzwald im Ortsteil Brigach im Keller eines Bauernhofs im deutschen Bundesland Baden-Württemberg.
Auf ihrem weiteren Weg mäandriert sie durch das unter Naturschutz stehende Groppertal, passiert danach die Stadt Villingen und erreicht Donaueschingen, wo sie das Stadtgebiet und den Schlosspark durchfließt. Im Park stößt wenige Meter neben (links) der Brigach eine Karstquelle auf, die seit Jahrhunderten als Donauquelle angesehen wird. Der Überlauf der Quelle (Donaubach) wird durch den Park unterirdisch zum sogenannten Donautempel (im Bild unten) und aus diesem in die Brigach geleitet.
Wenige hundert Meter unterhalb der Einmündung des Donaubachs vereinigt sich die Brigach mit der aus dem Hochschwarzwald kommenden Breg und bildet dort den Ursprung der Donau (im Bild unten).
Die 46 km lange Breg entspringt auf 1.078 m Seehöhe sechs Kilometer nordwestlich von Furtwangen. Ihre Quelle (Bild unten) im Briglirain nahe der Martinskapelle gilt als geographische Donauquelle, ist als Naturdenkmal geschützt und 2.888 km von der Donaumündung entfernt.
Nach dem Katzensprung genannten obersten Talabschnitt fließt die Breg zwischen den Städten Furtwangen und Vöhrenbach in einem dichter besiedelten Tal nach Osten, um dann wieder ein einsames Waldtal zu durchfließen. Nach der Einmündung von Linach, Eisenbach und Röthenbach verlässt die Breg das Schwarzwaldgebiet und fließt auf der Hochfläche der Baar in Nordostrichtung bis Donaueschingen, wo sie sich mit der von Westen kommenden Brigach auf 672 m Seehöhe zur Donau vereinigt.
Der Donaubach entspringt neben dem Westflügel des am nördlichen (linken) Uferrand der Brigach gelegenen Fürstlich Fürstenbergischen Schlosses in Donaueschingen (im Bild unten). Die Quelle schüttet zwischen 50 und 150 Liter Wasser in der Sekunde aus, was im Vergleich zu Breg und Brigach die größte Quellschüttung bedeutet.
Ursprünglich mäandrierte der Donaubach in Südostrichtung vorbei an der Südfront des Schlosses und vereinigte sich nahe dem Zusammenfluss von Brigach und Breg mit der Donau. Seit 1820 wird der Bach unterirdisch in Südrichtung durch den Schlossgarten geleitet und erreicht nach 100 m die Brigach; rund 1,5 km oberhalb des Donauursprunges.
Die in grundsätzlicher Ostrichtung fließende Donau verlässt ins Juragebirge übergehend die Baar-Hochebene, wird nach 15 km bei Geisingen von der Bodenseeautobahn A 81 (Abschnitt Stuttgart-Schweizer Grenze) gequert, passiert die Ortschaften Immendingen und Möhringen, die über 30 km von Donaueschingen entfernte Kreisstadt Tuttlingen (640 m) und erreicht nach weiteren 12 km die Ortschaft Fridingen.
Zwischen Immendingen und Fridingen geht der Donau ein erheblicher Teil ihres Wassers durch Versinkung in ein Karsthöhlensystem des Weißen Juras verloren. Das Wasser tritt 12 km weiter südlich am Aachtopf wieder zu Tage und mündet als Radolfzeller Aach in den Bodensee. An über 150 Tagen im Jahr kommt es zur vollständigen Versinkung und die oberste Donau wird somit de facto zu einem Rheinzufluss.
Zwischen Fridingen (626 m) und Sigmaringen (580 m) durchbricht die Donau in einem fast 40 km langen Abschnitt den Jura-Bergstock der Schwäbischen Alb. In der 12 km flussabwärts von Fridingen gelegenen Stadt Mengen mündet von Süden die dort die Alpengebietsgrenze bildende 40 km lange Ablach ein (550 m, siehe deren Flussverlauf in der Karte unten) und führt der Donau erstmals aus Alpingebieten (Schwäbisches Alpenvorland) stammendes Wasser zu.
Nach rechten Zuflüssen weiterer Alpenvorlandbäche wie der 33 km langen Ostrach bei Hundersingen (535 m),
der 50 km langen Riß bei Rißtissen (485 m)
und der 54 km langen Rot bei Dellmensingen (480 m)
führt die Iller als Grenzfluss Baden-Württemberg/Bayern der Donau bei Neu-Ulm erstmals aus österreichischem Alpengebiet (nämlich aus dem Kleinen Walsertal) stammendes Wasser zu (468 m, im Bild unten, siehe Kapitel Iller-Gebiet).
