Brațul Chilia este cel mai nordic și cel mai voluminos dintre cele trei brațe principale ale Dunării — prin el curge aproximativ 60% din debitul total al fluviului.
De la bifurcația de la Pătlăgeanca până la vărsarea în Marea Neagră, brațul Chilia traversează o regiune de o complexitate geografică excepțională. Este navigabil pentru șlepuri și nave maritime, cu adâncimi care ajung la 39 m în zonele de talveg.
Denumirea de Chilia este de origine greacă — κελλία — însemnând „încăperi" sau „depozite", cu referire la portul-cetate medieval de pe malul său. În cronicile bizantine și genoveze, brațul apărea sub numele de Lykostoma („gura lupilor") sau Licostomo, și era principala cale de navigație din deltă, disputată de-a lungul secolelor între Bizantini, Bulgari, Ruși, Tătari, Genovezi, Dobrogeni, Munteni, Moldoveni și Turci.
Brațul Chilia formează astăzi granița naturală între România și Ucraina, cu unele modificări ale traseului de frontieră stabilite prin protocolul adițional româno-sovietic din 4 februarie 1948. La vărsare, brațul formează o deltă secundară activă — cea mai activă zonă de aluvionare din întreaga deltă europeană — care înaintează în Marea Neagră cu 40–80 m pe an.
Pe traseu alternează sectoarele cu un singur curs cu sectoarele de bifurcare, unde apar brațele secundare Tătaru (13,6 km), Cernovca și Babina. Malurile sunt dominate de stufărișuri dense, păduri de salcie și plop, grinduri nisipoase și un labirint de canale secundare — cel mai sălbatic și mai puțin amenajat dintre cele trei brațe ale Dunării.